【科技.未來】從人工受精到體外配子 皮膚細胞能孕育嬰兒?

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體外人工受精(in vitro fertilization,IVF)曾是轟動一時的新型生殖技術,以這種方法出生的試管嬰兒也愈來愈多。

關於IVF的爭議仍在持續,但一種比IVF更進一步的生殖技術已經開始取得成果——體外配子法(in vitro gametogenesis,IVG),一種毋須異性伴侶或捐贈者,甚至單憑自己的細胞就可生育的技術正向我們走來。但是,我們的社會是否已準備好迎接這種未來?

本年7月正值她誕生40周年,Louise Brown出席了倫敦科學博物館的人工受孕特展。(資料圖片/視覺中國)

四十年前,英國女嬰Louise Brown的出生成為了新聞頭條和雜誌封面標題。這是首個透過體外人工受精出生的試管嬰兒,她的出生多少為社會帶來憂慮,當地女性雜誌《Nova》曾說IVF是「自原子彈後最大的威脅」;美國醫學會(American Medical Association)甚至希望終止整個研究;而考慮到過程中產生額外的胚胎會被冷藏或棄掉,天主教會至今仍然反對IVF。

然而,如同她那個已經沒有多少人記得的平凡名字,Brown的生活其實與常人無異。她是一名在船務公司打工的文員,幾個月前與結婚18年的丈夫和兩個跟她同樣健康的兒子,度過了40歲生日。直至目前,全球已有約650萬名嬰兒以IVF方式出生並健康成長。

傳統體外人工受孕(IVF)流程。

前人突破造就未來繁殖

在未來數年甚或更久,很可能會有另一個嬰兒的出生,比Louise Brown更震撼人類社會。上月中,《科學》(Science)期刊刊登了一篇研究,日本京都大學生物學家齋藤通紀帶領的團隊,成功將一名女性志願者的皮膚細胞轉變成卵原細胞(oogonium)。卵原細胞是人類卵子的一個階段產物,雖然這種細胞無法受精,但成果讓科學家看到了為人類開拓新的繁殖方法的可能性:這項技術往後成功的話,將可製造出完整精子和卵子,屆時女性生育毋須再顧慮年齡;同性伴侶也可以有「自己」的孩子;甚至毋須伴侶,單憑自己的皮膚細胞就可孕育後代。

日本京都大學生物學家成功將一名女性志願者的皮膚細胞轉變成卵原細胞。(設計圖片/iStock)

這種人工配子(gamete,即精子或卵子的代稱)技術可追溯至2006年。日本京都大學生物學家山中伸彌找到了一個簡便的方法誘導成年老鼠的皮膚、血液等細胞,重新編程成所謂誘導性多功能幹細胞(induced pluripotent stem cells,iPS細胞),一年後他在人類細胞上複製出同樣的成果。有別於其他大部分細胞都為特定功能而設,iPS細胞就像人類還處於胚胎時的細胞,沒有固定用途,但會發展成骨骼和脂肪等各種身體部分。

山中把細胞輕易「推倒重來」,為更多的應用可能性開啟了大門,發表成果六年後,他獲頒諾貝爾生理醫學獎。他其中一個貢獻在於解決了IVF一個道德爭議,用他的方法製作iPS細胞,研究人類早期發展時就毋須像過往那樣用到IVF過程棄置的胚胎。由於iPS細胞可以來自特定個體,這個新技術還將拓展到生殖以外的應用上面,例如更有針對性地研究疾病和神經元、心臟細胞之類的移植。

日本科學家山中伸彌發明了誘導性多功能幹細胞(iPS細胞)編程技術,應用廣闊,2012年獲頒諾貝爾獎。(資料圖片/視覺中國)

科學家如齋藤通紀使用的體外配子法(IVG),正是以iPS細胞技術為踏腳石,簡單來說,就是要以人體的其他細胞製作出人類配子。有別於IVF仍要採集精子和卵子,IVG技術只要採集一個人的細胞就可進行。齋藤的團隊採集了皮膚細胞(其他細胞也可以,但皮膚最為容易),重新編程為iPS細胞,再放置到由老鼠細胞製成的人工卵巢中,培養出卵原細胞。

沒有參與是次研究的加州大學洛杉磯分校生物學家Amander Clark指出:「儘管是非常不成熟的卵子,但這是科學家首次令人信服地展示出我們能夠製作卵子。」齋藤下一步的目標是研究如何把卵原細胞進一步發展,或許是將是次研究中的老鼠卵巢細胞改為人類的,也會研究利用這種方法製作人類精子。

以人體細胞製作人類配子(IVG)流程。

事實上,科學界早已展開了實驗室製作人類配子的研發競賽。時任美國史丹福大學研究員Renee Reijo Pera在2014年有類似的做法,他從一名不育男子的前臂切下皮膚,重新編程為iPS細胞,然後放到老鼠睾丸製造出精子和卵子的前身;齋藤2016年也與日本九州大學教授林克彥在《自然》(Nature)期刊發表了以老鼠試驗的成果:他們把老鼠尾巴細胞先後轉換成iPS細胞和卵子,更成功以這些卵子植入雌鼠體內,生了八隻健康、可生育的老鼠後代。至於齋藤的老師、劍橋大學Gurdon Institute生殖及表觀遺傳學研究總監Azim Surani則在本年初宣布,發現人類胚胎幹細胞會在大約八周後分道揚鑣發展為精子或卵子,而其實驗室團隊暫時可培養它們至大約四周,未來將逐步邁向完整配子的最終目標。

因此,對一些「樂觀」的人來說,以IVG誕生的人類嬰兒未必只是夢想。林克彥估計,或需要五年才可製作出人類卵子,而製作出來的人類卵子要讓醫生和監管者認為可安全應用於臨床前,則可能需要10至20年的測試。美國布朗大學醫學院前院長Eli Adashi則說:「我不認為有人能說得準,但在老鼠身上的進展很快,這六年間我們從無到有。所以,若以為在人類身上完全無可能的話,就實在太膚淺了。」紐約幹細胞基金會的行政總裁Susan Solomon卻有所保留:「人體比老鼠複雜得多,當你愈接近就會發現愈困難。」

IVG技術不像IVF般具侵入性,或可成為不育夫婦的新選擇。(設計圖片/視覺中國)

從解決不育到設計嬰兒

哈佛醫學院幹細胞生物學家Toshi Shioda指出,即使克服了技術難關產生出卵子,由此誕生的嬰兒或有癌症和其他疾病,但他認為IVG在短期內也有其用處。研究人員若能大量製作生殖細胞,將可更有系統地測試和理解藥物或環境對卵子的影響,也有助了解化療、毒素、輻射等如何影響生殖細胞。

此外,如果IVG發展成熟,或可成為比現時一些生殖科技更佳的選擇。據美國國家衞生研究院(National Institutes of Health)統計,現時當地分別有7%的男性和11%的女性不育。他們現有的最佳方案是IVF,但缺點處處,例如過程具侵入性,而且因年老或接受過癌症治療等而沒有卵子的人也無法使用。《麻省理工科技評論》去年報道,日本一項調查發現,約有三成受訪者支持接受嬰兒以實驗室製配子方法誕生,其支持者主要是嘗試過IVF但失敗的情侶。

科學家們擔心,IVG生殖技術在未來將促成設計嬰兒風潮,出現「胚胎農場」,挑戰社會道德。(設計圖片/視覺中國)

當卵子能夠從iPS細胞轉換而成,卵子將無窮無盡,或許會邁向所謂「胚胎農場」(embryo farming)的未來。日本生物科技公司Healios希望與林克彥合作研究人工配子,其行政總裁鍵本忠尚就說:「當你有1,000個卵子,你就有選擇。」史丹福大學生物倫理學者Hank Greely預測,胚胎DNA檢測在未來將會成為常態:「大量的嬰兒會在還是胚胎時就接受基因檢測,父母,甚至政府,會從中揀選哪一個胚胎可繼續發展成嬰兒。」

對此,Adashi曾聯同分別來自哈佛法學院和醫學院的教授,在《Science Translational Medicine》撰文表示擔憂:「IVG或會帶來『胚胎農場』般的恐懼,規模將超乎想像,會令人類價值不受重視的情況雪上加霜。」

隨着人類對基因掌握漸多,或會令設計嬰兒成真。(設計圖片/iStock)

更甚的是,基因編輯技術CRISPR的發明,令修改基因(尤其是修改iPS細胞)比以往方便和準確得多。隨着人類對基因掌握漸多,或會令設計嬰兒(designer babies)成真。在哈佛幹細胞研究院(Harvard Stem Cell Institute)從事IVF研究的醫生Werner Neuhausser,正是其中一名研究如何統合這些技術,以改變生殖的科學家。他跟鍵本一樣,相信胚胎的特性在未來將被量化:「我們可能會得出每個胚胎對比人口整體有多少心臟病的風險,或有多少精神病風險。」他預期父母可能毋須在事後選擇,而是可以改變自己的生殖細胞:「可能會先檢測想生育的父母的基因,然後問他們在生育前有沒有想修改的地方。這是我們現時沒有考慮周詳的情況。」

現時,升級改造(enhancement)是基因編輯的禁忌。在美國麻省理工學院研究癌症的Richard Hynes,主導了美國國家科學院在2017年發布的人類基因編輯研究報告:「當時我們定了好一堆規則,包括只准許改變人口中常見的有缺陷基因。換言之,只准變回正常,不准升級改造。」

去年2月,美國費城有醫生把羊胚胎從母體移除放到人造子宮直到牠們健康出生。(Children's Hospital of Philadelphia圖片)

在人工配子技術發展的同時,還有一些科學家正在相關領域上努力。去年2月,美國費城有醫生把羊胚胎從母體移除,放置到人造子宮——一個充滿透明液體的袋,直到牠們健康出生。換言之,各種技術結合下,未來從受精到出生,都可在實驗室內一條龍辦妥。赫胥黎(Aldous Huxley)在其著作《美麗新世界》中所描繪的中央設施控制生殖孵化的反烏托邦,未必遙不可及。也難怪Greely在他2016年出版的著作《The End of Sex and the Human Reproduction》中預測,到2040年,人類將不會因為生育而發生性行為,因為人工繁殖將有更大好處。

除了可作為一般夫婦應對不育的新繁殖技術,IVG的出現還為同性伴侶帶來了新的可能性,又會如何影響傳統家庭價值?而IVG又是否毫無風險?詳見另文《【科技.未來】同性伴侶能繁殖後代 挑戰還是強調血源?》。

上文節錄自第133期《香港01》周報(2018年10月15日)《從人工受精到體外配子 皮膚細胞可以孕育嬰兒?》

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