3D打印人造子宮來(lái)了，未來(lái)女性也不用親自懷孕了？

魔猴君  行業(yè)資訊   1169天前

早產(chǎn)兒是指胎齡小于37周的新生兒。近年來(lái)中國(guó)早產(chǎn)兒的發(fā)病率呈上升趨勢(shì)，約為7%。早產(chǎn)兒的存活率與胎齡有關(guān)，胎齡越小，體重越輕，死亡率越高。出生時(shí)體重不足1500克的嬰兒死亡率約占新生兒期死亡總數(shù)的50%，伴發(fā)后遺癥的可能性也相對(duì)較大。如何提高早產(chǎn)兒存活率減少并發(fā)癥是急需解決的問(wèn)題。另外對(duì)于患有子宮疾患的女性，懷孕生子成了奢望。如果在體外能夠模擬子宮內(nèi)環(huán)境使胚胎發(fā)育，將會(huì)同時(shí)解決以上兩大問(wèn)題?？茖W(xué)家們提出了人造子宮的設(shè)想，人造子宮是通過(guò)模擬哺乳動(dòng)物子宮和卵生動(dòng)物卵的條件，使受精卵在人造環(huán)境下發(fā)育，從而擺脫對(duì)母體的需求。目前已經(jīng)取得一定進(jìn)展，未來(lái)人造子宮應(yīng)用的路還有多遠(yuǎn)呢？

來(lái)源：neo.life

人造子宮已在羊身上實(shí)現(xiàn)

早在1923年，霍爾丹在劍橋大學(xué)舉行的一次講座中首次對(duì)人造子宮進(jìn)行深入探討后，各國(guó)科學(xué)家就開(kāi)始研究胚胎脫離母體生長(zhǎng)的可能性。1954年，伊曼紐爾·格林伯格首次設(shè)計(jì)了人造子宮的裝置并申請(qǐng)了專利。設(shè)計(jì)包括一個(gè)用來(lái)放置充滿羊水的胎兒的水箱、一個(gè)連接到臍帶的機(jī)器、血泵、一個(gè)人造腎臟和一個(gè)熱水器。這僅僅是一個(gè)粗糙的設(shè)想。

1987年，日本順天堂大學(xué)教授桑原義典（Yoshinori Kuwabara）開(kāi)發(fā)了一種宮外胎兒孵化系統(tǒng)EUFI（Extrauterine Fetal Incubation System）。宮外胎兒孵化系統(tǒng)有與母山羊體內(nèi)相似的人造羊水環(huán)境，在前期實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上研究人員將培養(yǎng)時(shí)間成功延長(zhǎng)至三周直到山羊足月。但因山羊胎兒在活動(dòng)時(shí)會(huì)夾住或拉出導(dǎo)管，因此桑原用肌肉松弛劑使它們癱瘓，但是松弛劑讓胎兒無(wú)法正常呼吸，當(dāng)研究人員在四周后移除呼吸機(jī)時(shí)，山羊在數(shù)小時(shí)內(nèi)死亡。

2017年，費(fèi)城兒童醫(yī)院的阿南·弗雷克（Alan Flake）團(tuán)隊(duì)在《自然通訊》雜志上發(fā)表了開(kāi)發(fā)的“人造子宮”動(dòng)物試驗(yàn)，成功將發(fā)育到中期（相當(dāng)于人類妊娠周期22-24 周）的早產(chǎn)山羊胎兒在“人造子宮”中維持了4周撐過(guò)危險(xiǎn)期順利存活。弗雷克同樣將胎齡更小的羊（105 至 108天）在體外成功培育了4周（最終因動(dòng)物協(xié)議的限制而停止）。

這種人造子宮確切地說(shuō)是一種用特殊材質(zhì)制成的生物袋，生物袋模擬母羊子宮，其中充滿了羊水，在生物袋外部配置機(jī)器胎盤(pán)，機(jī)器胎盤(pán)的血管與早產(chǎn)小羊的臍帶連通。人造子宮接有專門(mén)管道，每天注入定量羊水，以確保生活在其中的早產(chǎn)羊羔如同懸浮在母體的子宮環(huán)境內(nèi)。含有養(yǎng)料和氧氣的新鮮血液不斷輸送到羊羔體內(nèi)，羊羔的心臟也將含有二氧化碳和其他代謝物質(zhì)的陳舊血液擠壓到機(jī)器胎盤(pán)中，機(jī)器胎盤(pán)將血液更新之后再回輸?shù)窖蚋狍w內(nèi)。

在人造子宮孕育期間，這些早產(chǎn)羊羔全部正常發(fā)育，血壓和其他健康指標(biāo)穩(wěn)定，沒(méi)有其他并發(fā)癥。有一部分生下的小羊生長(zhǎng)超過(guò)一年，經(jīng)過(guò)各項(xiàng)指標(biāo)檢測(cè)，結(jié)果也與正常生殖的小羊沒(méi)有什么差異。這項(xiàng)技術(shù)如果能夠應(yīng)用于人類，將會(huì)極大提高早產(chǎn)兒的生存機(jī)會(huì)。我國(guó)也在進(jìn)行人造子宮的嘗試。2020年12月，鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院首次取得人造子宮胎羊體外培育的成功，該項(xiàng)研究是由胸外科、產(chǎn)科以及體外支持中心ECMO團(tuán)隊(duì)聯(lián)合推進(jìn)的。這項(xiàng)研究填補(bǔ)了我國(guó)在體外培育的空白。

人造子宮，見(jiàn)證小鼠胚胎早期完整發(fā)育

2021年3月《自然》雜志發(fā)布以色列魏茨曼科學(xué)研究所最新研究，該研究利用“人造子宮”，成功培育出數(shù)百只小老鼠，且小鼠所有器官發(fā)育指標(biāo)都正常。

這項(xiàng)研究有什么 “過(guò)人”之處？

前述研究?jī)H限于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的早期胚胎分裂、短期發(fā)育，或待器官形成后從子宮中取出胎兒并在實(shí)驗(yàn)室中繼續(xù)生長(zhǎng)。而這次研究所關(guān)注的是“胚胎早期完整發(fā)育”，見(jiàn)證其如何發(fā)育成生命體。研究團(tuán)隊(duì)從母鼠體內(nèi)提取出孕育只有7.5天、出現(xiàn)內(nèi)細(xì)胞團(tuán)分化、形成外胚層和原始內(nèi)胚層的胚胎，此時(shí)胚胎僅由250個(gè)細(xì)胞組成。將胚胎置入“人造子宮”環(huán)境中，“人造子宮”包含保溫箱、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和通風(fēng)系統(tǒng)等部分。看似簡(jiǎn)單的構(gòu)想和操作，從概念到成功運(yùn)轉(zhuǎn)耗時(shí)7年。

圖b轉(zhuǎn)輪中的玻璃瓶是孕育小鼠胚胎的“子宮”，里面裝滿滋養(yǎng)胚胎細(xì)胞的特殊液體，其為胚胎發(fā)育提供必需的營(yíng)養(yǎng)成分、激素和糖分。轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)則能避免胚胎附著在玻璃瓶側(cè)面，避免胚胎變形或停止發(fā)育。

圖c顯示“人造子宮”培養(yǎng)的小鼠胚胎從細(xì)胞球長(zhǎng)成小鼠胎兒，出現(xiàn)所有器官，心臟有跳動(dòng)，大腦完全發(fā)育。

這一技術(shù)同時(shí)也為研究胚胎發(fā)育打開(kāi)新的大門(mén)，該技術(shù)能避免子宮內(nèi)部成像限制，使研究者直接觀察胚胎發(fā)育過(guò)程，或可應(yīng)用于受精卵移植、流產(chǎn)等研究。

3D打印子宮是否可行呢？

上述人造子宮可以模擬子宮內(nèi)環(huán)境，但畢竟是生物袋，那么真正的組織型人造子宮是否能夠?qū)崿F(xiàn)呢？

與之前依托機(jī)械的模式完全不同，2001年，康奈爾大學(xué)婦產(chǎn)科劉洪清教授體外重新構(gòu)建出“子宮”這個(gè)器官。

先共同培養(yǎng)受精的人類卵子與子宮內(nèi)膜細(xì)胞，使子宮內(nèi)膜細(xì)胞先在膠原蛋白基質(zhì)中生長(zhǎng)，讓細(xì)胞形成類似于子宮內(nèi)膜組織的多層栓塞，最終筑造出一個(gè)由膠原質(zhì)和軟骨素構(gòu)成的，可以被生物分解的子宮形狀的支架，然后在上面“播種”子宮內(nèi)膜細(xì)胞，當(dāng)穩(wěn)定后將用作支架的物質(zhì)分解掉，構(gòu)建了三維的“人造子宮”。由于美國(guó)法律規(guī)定體外受精的胚胎發(fā)育不能超過(guò)14天，最后實(shí)驗(yàn)在第6天就終止了。但這是首次實(shí)現(xiàn)子宮內(nèi)膜的體外重建。

據(jù)《科學(xué)》雜志公布，美國(guó)卡內(nèi)基-梅隆大學(xué)科學(xué)家已經(jīng)利用3D生物打印機(jī)，用人體膠原蛋白為原料，成功打印出了可正常工作的心臟組織，其精細(xì)度可達(dá)20微米。打印出來(lái)的心臟組織可以嵌入活體細(xì)胞和毛細(xì)血管，并且開(kāi)始跳動(dòng)，泵出血液。

并且，深圳先進(jìn)技術(shù)研究院也在2017申請(qǐng)了 “3D打印人造子宮內(nèi)膜及其制備方法和應(yīng)用”的專利。該發(fā)明涉及生物技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及3D打印技術(shù)制備的人造子宮內(nèi)膜。通過(guò)3D生物打印技術(shù)，將生物相容性支架與子宮內(nèi)膜基質(zhì)細(xì)胞/上皮細(xì)胞制成具有生物活性的人造子宮內(nèi)膜。

可見(jiàn)，3D打印子宮或許在未來(lái)可以實(shí)現(xiàn)。

雖然人造子宮已經(jīng)取得不錯(cuò)的進(jìn)展，但從技術(shù)層面看，人造子宮現(xiàn)在還非常不成熟，類似“卵化器”，只能在孕育的最后階段，發(fā)揮子宮的部分功能，提高早產(chǎn)的存活幾率，這些并不足以支撐整個(gè)生育過(guò)程。其次，胎兒在母體生長(zhǎng)發(fā)育的過(guò)程中，不僅僅是營(yíng)養(yǎng)獲取、激素調(diào)節(jié)，可能還有情感交流等，母體外的胚胎和正常生育的胚胎究竟有什么不同，目前人類還知之甚少。

和其他人造器官相比，人造子宮面臨更多的倫理爭(zhēng)議。人造子宮是解決早產(chǎn)兒存活率的問(wèn)題，給不孕女性提供生育可能？還是用來(lái)方便不想“親自”孕育的女性？

技術(shù)的使用不當(dāng)，也可能引發(fā)種種不可預(yù)期的社會(huì)問(wèn)題。技術(shù)的進(jìn)步，應(yīng)當(dāng)始終服務(wù)于人類的福祉。我們還需要更多的時(shí)間進(jìn)行倫理學(xué)上的思考及辯論。

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