科學家新視野-幹細胞合成胚胎-試驗動物減量與人類器官產製的前景

科學家新視野-幹細胞合成胚胎-試驗動物減量與人類器官產製的前景

2022年8月Zernicka-Goetz團隊在Nature期刊發表的一篇研究中,採用Jacob H. Hanna等人發表的滾筒式體外培養系統,使合成胚的體外發育再度向前邁進一大步,由僅可在體外培養4~5天(腔腸生成階段)延長到7~8天(器官形成階段),此時胚胎前端開始形成立體的皺褶(頭褶),並先後發育出腸道、腦部與心臟等構造,甚至出現心跳;胚外組織的發育也轉趨複雜,在卵黃囊已開始出現血液細胞,這是哺乳動物胚胎體外培養技術的一大突破。

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Jacob團隊幾乎同時也在Cell期刊發表類似成果,兩者使用的培養系統雷同,僅細胞來源與胚胎的分析方法不同。雖然這些合成胚在形態與發育速度仍與正常胚有所區別,但各項證據顯示兩者已十分近似。此研究的瓶頸包含胚胎僅能在體外發育至器官生成階段,以及產生許多異常的胚胎,而低產製效率(0.1~0.5%)更是主要限制因素。

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造成低產製率的原因未明,推測可能與所使用幹細胞的品質或培養條件有關,導致細胞最終的分化能力不足;而不同細胞間的訊息溝通與整合等環節也十分重要。因此目前所產出的合成胚胎是否能真正模擬早期胚胎的生理仍有待商榷,尤其是預期產出的數量、品質、整齊度以及可供試驗的最佳發育階段等。

值得注意的是2017年有研究指出具全能分化潛力的幹細胞,可在體內分化爲胚內與胚外組織(包括胎盤)。未來或可探討以此類幹細胞改善合成胚效率與品質的可行性。若能如此,才能期許以合成胚取代部分試驗動物的可能性;目前胚胎學家即使使用完整的活體鼠胚,仍無法穩定的培養至懷孕中、後期的階段,更遑論是培養來自幹細胞的組合胚。

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這些可被培養至相當於體內8.5天的鼠胚,對應於人類胚胎的發育階段約爲懷孕後17~19天。可預期社會大衆關注人類胚胎的程度將遠高於對動物者,未來應先釐清這些合成胚是否具有神經或腦部活動、產生意識或如何界定生命的存在?而體外培養人類胚胎的倫理約束,是否仍應侷限於14天前或予以放寬?在合成胚胎技術成熟前,國內或可針對類似的敏感議題與國際同步規範或超前佈署。臺灣目前相關研究設備或人員的素質與培訓,大抵與先進國家同步,但在此領域的研究尚未能與國際接軌;究其原因,是研究社羣的大環境、風氣與思維模式的差異,或是研究經費與人力支持在制度面的不足?頗值得退一步省思。

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總結來看,合成胚技術發展除可以讓我們更容易瞭解器官發育的機制外,未來也可望提升胚胎髮育與相關疾病之研究,甚至提供人類可移植的器官。器官產製在全球已有多方研究,但截至目前爲止,僅由美國生技公司用基因轉殖與動物複製技術生產的豬心臟,移植後已可維持患者生命達兩個月。合成胚在這方面的應用,雖仍處於極初期的階段,但無疑也開啓了另一扇替代之門。

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