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人造子宫何时可以真正挽救早产儿、抗击不孕症?

生辉

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(图片来源:摄图网)

作者|张米尔  来源|生辉(ID:SciPhi)

全球平均每秒钟就会有 5 个新生儿呱呱落地。 

新生儿的孕育和诞生是一条漫漫长路。从受精卵在子宫着床、形成胚胎、分化出器官和大脑、性别分化和内脏器官功能发育,再到慢慢发育成形出生,一个婴儿诞生周期约为 9 个月,而子宫则是新生儿成长的温室,婴儿在这里成形、生长、发育。

如果子宫受损或者结构与功能出现问题,即使是体外受精方式也无法孕育新生命。据统计,在接受不孕治疗的女性中,大约 6% 患有子宫功能障碍。世界卫生组织(WHO)预测不孕不育症将成为 21 世纪人类三大疾病之一,仅次于肿瘤和心脑血管疾病。

试想一下,如果人造子宫、体外代孕的想法成真,那么这种方式不仅能代替育龄无法生育的女性完成孕育生命的过程,同时又能让他们避免分娩时的疼痛。

2074 年,70% 的婴儿将在体外孕育、诞生

专注于生殖研究的生物学家罗杰・戈斯登(Roger Gosden)在《设计婴儿》(Designing Babies,1999)一书中把子宫比作 “智能孵化器”。

人造子宫这一构想最早可以追溯到 1924 年,英国进化生物学家、遗传学家 J.B.S. Haldane 提出 —— 用人造子宫来代替人类生育即体外生育。当时,他预测,到 2074 年,70% 左右的婴儿将由 “体外孕育、诞生”。

基于他的构想,科学家们开启了在人造子宫构建上的漫漫探索之路。

1954 年,伊曼纽尔·格林伯格(Emanuel Greenberg)等人制造出了首个人造子宫雏形,并基于此申请了相关专利。这个人造子宫的基本装置包括一个装有羊水的胎儿罐、脐带装置、血泵、人工肾。

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图 | 人造子宫雏形(来源:维基百科)

1969 年,法国科学家最先利用人造子宫孕育小羊的胎儿,胎儿在人造子宫里面活了两天。虽然小羊仅仅在人造子宫里面生存了两天,但这是第一次胎儿在人造子宫可以存活的案例,为以后开发真正可以孕育胎儿的人造子宫提供了可能性。

1992 年,东京大学 Yoshinori Kuwabara 研究团队将正常发育 4 个月大的小羊胎儿装有人工羊水的橡胶子宫中,成功诞下了小羊。但是,出生的羊宝宝由于服用镇静剂的副作用,无法自己呼吸和站立。

2002 年,美国康奈尔大学生殖医学与不育症中心的刘宏清博士利用从子宫内膜提取的细胞,制成了人造子宫,首次在人造子宫中植入胚胎并实现了着床。但是由于政策限制,胚胎植入人造子宫 6 天后不得不停止。

此后,科学家们并没有停止探索和研究人造子宫的步伐。

直到 2017 年,人造子宫迎来了重大研究进展。2017 年 4 月,美国费城儿童医院的阿南・弗雷克(Alan Flake)研究团队研发的人造子宫系统首次通过了动物试验。在孕育期间,这些从母羊腹中取出的小羊各项指标均正常;四周后,羊宝宝健康出生,一年后这些出生的羊宝宝与其他小羊相比也没有什么差别,同时这项研究也刷新了胚胎的体外生存时间记录。

研究人员将这套人造子宫装置称之为 “生物袋”,他看起来就像一个平时用的 “塑料袋”。

研究人员指出,这套人造子宫系统完美地模拟了人体内天然子宫的内部结构和环境,这套系统包括了循环系统和液态系统。循环系统由一个人工肺与胎儿期待血管相连接,液态系统相当于充满羊水和其他营养物质的液体。

这是人造子宫第一次成功孕育并实现了胎儿健康成长的案例,也是该领域的一项重要突破。

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 图 | 人造子宫系统(来源:Nature)

最近公开的人造子宫科研进展是在去年 6 月,美国维克森林再生医学研究所(WFIRM)安东尼・阿塔拉( Anthony Atala)领衔的研究团队再下一城,并在 Nature Biotechnology 上发表了最新研究成果,该机构是全球再生医学领域的领跑者之一。研究指出,他们通过提取兔子宫结构的细胞,培养出了支持正常生殖功能的天然子宫结构,并证明该装置能够实现胚胎受精着床、胎儿发育和出生。

该试验对象选择了兔子,而长期以来兔子一直被用于生殖生物学研究,是子宫组织再生研究的理想选择。肯特大学遗传学家达伦・格里芬认为,这项研究意义重大,具有适用于人类的巨大潜力。

“我们希望这种技术能够取代子宫移植手术,让患有子宫功能性障碍的女性有机会孕育后代。这是我们的长期研究目标,为了实现这一目标,目前我们正在扩大临床前研究,以证明该项技术的安全性和长期有效性。”安东尼・阿塔拉告诉生辉。

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(来源:受访者提供)

安东尼・阿塔拉是 WFIRM 的首席研究员兼主任,同时也是再生医学领域的执业医生,曾入选《美国新闻与世界报道》“21 世纪 14 位医学进步先驱者”。他是器官打印领域最重要的人物之一,曾带领团队完成了首个人造器官移植术。安东尼・阿塔拉的工作曾两次被《时代周刊》评为“年度十大医学突破”之一,其中一次被评为“将改变器官移植未来的 5 个发现”之一。

早产儿的 “体外孵化器”

与足月婴儿相比,早产儿往往更容易出现发育迟缓、视力和听力障碍、免疫功能发育不良,更易感染等情况。据世界卫生组织统计,每年全球范围内早产儿出生人数超过 1500 万。在美国,全部婴儿夭折原因中约 1/3 与早产相关。越早出生的新生儿,生存风险越大。

人造子宫的一大临床应用场景就是为早产儿提供 “孵化器” ,帮助早产儿度过关键期。

妇产科医生 Yoshinori Kuwabara 说:“我们的研究有两个目标。一是用于胎儿实验医学的动物模型;二是用于临床试验,挽救早产或生病的胎儿。”

无独有偶,阿南・弗雷克的目标同样是将人造子宫应用于早产儿培育。他在媒体采访时曾表示,人造子宫并非要替代或挑战人类的生育权。从技术和伦理看,人造子宫最大的应用场景是维持早产儿的生命。

而瑞典哥德堡大学生物工程副教授 Mats Hellström 博士,则更倾向于为因子宫障碍而无法生育的妇女或者因为先天疾病没有子宫的服务提供生育帮助和希望。

安东尼・阿塔拉与 Mats Hellström 的应用观点一致。他告诉生辉,随着人造子宫的进一步发展,这种方法可能为子宫异常的妇女提供怀孕的方法。

人造子宫为不孕不育妇女提供了生育的可能性。不孕不育症在全球范围内越来越普遍,已经发展成为全球性一大难题。据统计,全球不孕症患病率已从 1997 年的 11.0% 增长至 2017 年的 15.0%,预计 2023 年将达 17.2%。

未来,不孕不育症将会不断困扰人类,而人造子宫作为一种辅助生殖方式,将会在从实验室走向现实中发挥其价值。

随着不孕率居高不下,全球辅助生殖服务行业发展迅猛。根据前瞻产业研究院统计,2020-2025 年间全球辅助生殖市场规模将以 5% 左右增速保持增长,预计到 2025 年,市场规模可达 355 亿美元,未来增长空间巨大。

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另一方面,人造子宫甚至可能颠覆传统的生育理念和模式,可以替代女性生育、解放女性、实现跨性别生育。

获得欧盟 “地平线 2020 计划” 经费的荷兰埃因霍温理工大学和荷兰 Máxima 医疗中心的产科专家 Guid Oei 认为,人造子宫或将会改变生育的游戏规则。

根据外媒报道,阿南・弗雷克研究团队已与美国 FDA 进行讨论,希望能在未来 2 年内展开人体实验。如果成功了,这项研究将彻底改变人类看待怀孕、分娩甚至人类进化的方式。

落地还需足够耐心

构建人造子宫,需要模拟天然子宫的整体生态结构和功能。

人造子宫的基本模型应该满足几个条件:一构建无菌流体温育的子宫内羊膜腔环境,二类似天然子宫的脐带 - 胎盘系统,通过胎儿体内循环驱动胎儿和母体的血液循环和气体交换,三模拟天然子宫的无菌、温暖和富有弹性的条件。

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(来源:robotnaut)

构建人造子宫绝非易事。

“我们离真正的人造子宫还远着,还有很多很多问题没有解决。” 刘鸿清说。

从技术层面看,人造子宫技术尚不成熟,即使 2017 年阿南・弗雷克研究团队已经取得了重大进展,但是该人造子宫装置仍然没有实现在整个妊娠周期内孕育并诞下胎儿,只发挥了子宫部分阶段能力,在提高胎儿存活率方面表现亮眼。但是其技术水平是否能够支撑胎儿的整个妊娠周期还需要进一步观察。而成熟的人造子宫必须要具备相同或类似于天然子宫孕育胎儿的所有条件。

发展心理学家则认为,胎儿生长、发育的环境,不只是调节激素这么简单。还需要继续观察体外生长的胚胎与在母体内生长胚胎所存在的差异。

从伦理层面看,在母体子宫中生长的胎儿与母亲一脉相承,血肉相连,十月怀胎出生的宝宝与母亲之间存在强大、潜移默化的血缘亲情关系。而如果在体外利用人造子宫进行胚胎着床并完成妊娠的话,可能会一定程度淡化这种感情;也有相关人士认为,人造子宫有违人类的自然生殖过程,是对人类自然规则的扰乱。

“我研究人造子宫,不是为了方便那些不想怀孕的妇女。我只是想造出一个子宫,用它作为可替换的器官,把它们送给那些捐献了子宫内膜组织的不育妇女,给她们一个健康、完整的女性生殖系统。”2003 年刘鸿清曾对媒体这样说。

另一方面,还存在相关伦理法规限制、以及政策监管,需要更完善的法律和伦理规则来支撑。

人造子宫何时可以落地走向寻常百姓家?

2018 年,耶鲁大学的生殖科学系副教授卡罗・布莱迪在接受 Vice 杂志采访时表示,如果这些临床试验进展顺利,功能齐全、可全程孕育胚胎的人造子宫有望在未来 10 年内诞生。

“子宫是一个十分复杂的器官,对各项功能的要求更高,涉及支持胚胎植入和胎儿发育。这项研究我们已经进行了近 18 年,这也凸显出了由始至终全面了解人造子宫的科学机制需要足够的耐心。在此期间,我们学到了很多东西,并且不断地改善研究过程,以期完成可以推动该技术发展的研究。随着进一步的发展,人造子宫技术最终可能会为子宫功能障碍性不孕女性提供一种再生医学解决方案。”安东尼・阿塔拉对生辉解释道。

对于落地时间,安东尼・阿塔拉在邮件中写到,总体而言,由于科学本身是无法预测的,因此我们也无法对新疗法的上市时间做出预测。

现在科学家们的下一步计划将是将人造子宫技术推进到更大型动物模型试验中,实现人造子宫进入人体临床试验中。

编者按:本文转载自微信公众号:生辉(ID:SciPhi),作者:宋冉


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