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生殖大革命 ── 未來將能製造人工配子繁衍新生命?

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科學家正積極嘗試於實驗室中製造人工精卵以解決不孕的問題,傳統生殖方式是否將踏入歷史?史丹佛大學法學院教授、同時為美國最有影響力的生物倫理學家 Henry Greely 即在《The End of Sex》一書中大膽預測:2040 年時,將有一半的夫妻不再自然受孕,而轉以皮膚或血疫細胞作為繁殖起點。

根據《Human Reproduction Update》最新的研究顯示,來自澳洲、紐西蘭、北美及歐洲等 42935 名男性的精子濃度在近 40 年間下降了 52.4%、總數下降 59.3%,主導研究的 Hagai Levine 博士表示環境汙染及化學物質都可能是導致男性不孕的元凶。拜醫學進步之賜,未來將可能於實驗室中製造「人工配子」(artificial gamate,以幹細胞製成的生殖細胞,內含已復原的基因變異),為不孕症患者帶來福音。

人工精子的起源

早在 2012 年,京都大學分子生物學家 Mitonori Saitou 教授即藉由誘導多能性幹細胞(iPS 細胞)技術及操控 StellaBlimp1 及 Prdm14 等基因的表現成功將小鼠的皮膚細胞誘導為人工原始生殖細胞 [註1] (artificial primordial germ cell, PGC),當 PGC 植入不孕的雄鼠或雌鼠體內後,即可發育為具有生育力的人工精卵,在全球引起討論熱潮。2016 年,東京農業大學的 Yayoi Obata 教授進一步將 PGC 於體外培養為卵子。結合兩者的技術,現今已可在培養皿上將皮膚細胞轉化為人工配子,並利用體外受精技術 (in-vitro fertilization, IVF) 繁衍小鼠。

雖然操作者不須將 PGC 植入活鼠體內,但他們仍需要小心翼翼地從其他初生小鼠的卵巢中取出細胞,以創造卵子得以生長的支持性環境。為了簡化技術過程,Saitou 團隊的另一主力 Katsuhiko Hayashi 教授正嘗試研發能替代上述細胞的人造試劑,試圖將操作過程完全體外化。

來源:David Cyranoski. Stem cells: Egg engineers. Nature News (2013)

來源:David Cyranoski. Stem cells: Egg engineers. Nature News (2013)

延伸閱讀:想長生不老? 先殺了體內的殭屍細胞!

從老鼠到人類

Saitou 團隊並不滿足於小鼠的研究成果,根據《Scientific American》的報導,他們在 2013 年即開始執行人體幹細胞的實驗,希望能藉由調控用以誘導小鼠 PGC 的基因來引發相同的結果。然而,除了因缺乏人類檢體,研究亦表明配子產生具有物種特異性,儘管哺乳動物間配子的發育過程高度相似,老鼠與人類在訊號傳遞的機制仍大有不同。

目前還沒有人將從成人獲得的普通細胞轉變為功能完全的配子,但科學家們正在證明其可能性。 Katsuhiko Hayashi 教授認為十年內可能產生「類卵母細胞」的人工卵子,但懷疑它們的品質不足以用於生育治療。在小鼠實驗中,只有 3.5% 的人工配子成功孕育後代,而體內成熟的卵則高達 60%。如果能在實驗室製造高品質的卵子和精子,無疑得以解決許多不孕問題;另一方面,這也將引發一連串倫理道德的疑慮。

設計完美的後代

在實驗室中培育精子和卵子,將會對科學和社會產生深遠的影響。首先,無論年齡大小,人們皆可藉此繁衍後代,傳統世代繁衍的聯繫性可能不復存在;再者,若配子可經由人類的 iPS 細胞所產生,供應無限的情況下可能導致「胚胎選殖」的現象,疾病風險最小或智商最高的胚胎將被列為優先。雖然批評者表示修改基因庫是永不可跨越的道德界線,但這並不是科學界的看法,如果能利用這種技術消除嚴重的疾病,例如致命的腦部疾病-亨丁頓舞蹈症,編輯人類胚胎應被允許。

科學家正研究如何編輯未來孩子的 DNA 。人工配子引起廣泛關注的原因是,在 iPS 細胞中可以非常精確地編輯遺傳訊息,一旦擁有完美的 iPS 細胞,即能誘導它們產生具有特定改良性狀的配子。事實上,利用 CRISPR 編輯幹細胞的想法早已在小鼠中成功實施,來自上海生命科學研究院的李勁松 (Jinsong Li) 研究員於 2013 年編輯了小鼠的幹細胞,而成功去除導致白內障的基因,且其後代亦皆擁有正常的基因。

雖然利用人工配子作為人類輔助生殖技術仍至少需五至十年的深入研究,英國劍橋大學的遺傳發育學先驅 Azim Surani 即表示:「早在此技術真正可行之前,人們現在就應該針對其倫理問題展開大規模的辯論。」顯然地,生殖技術革命的到來只是時間問題,但它對於人類的影響以及開啟的可能性將是前所未及的。

文 / Angela Chang

註 1:PGC 是在胚胎發育期間出現的特化細胞,隨後將變為精子或卵子。

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參考文獻:

  1. https://www.technologyreview.com/s/608452/a-new-way-to-reproduce/
  2. https://www.scientificamerican.com/article/lab-made-egg-and-sperm-precursors-raise-prospect-for-infertility-treatment/
  3. https://www.washingtonpost.com/news/to-your-health/wp/2017/07/25/sperm-concentration-has-declined-50-percent-in-40-years/?utm_term=.5eaf0932533e
  4. http://www.nature.com/news/mouse-eggs-made-from-skin-cells-in-a-dish-1.20817
  5. David Cyranoski. Stem cells: Egg engineers. Nature News (2013)

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