科学家新视野－干细胞合成胚胎-试验动物减量与人类器官产制的前景

2022年8月Zernicka-Goetz团队在Nature期刊发表的一篇研究中，采用Jacob H. Hanna等人发表的滚筒式体外培养系统，使合成胚的体外发育再度向前迈进一大步，由仅可在体外培养4～5天（腔肠生成阶段）延长到7～8天（器官形成阶段），此时胚胎前端开始形成立体的皱褶（头褶），并先后发育出肠道、脑部与心脏等构造，甚至出现心跳；胚外组织的发育也转趋复杂，在卵黄囊已开始出现血液细胞，这是哺乳动物胚胎体外培养技术的一大突破。

Jacob团队几乎同时也在Cell期刊发表类似成果，两者使用的培养系统雷同，仅细胞来源与胚胎的分析方法不同。虽然这些合成胚在形态与发育速度仍与正常胚有所区别，但各项证据显示两者已十分近似。此研究的瓶颈包含胚胎仅能在体外发育至器官生成阶段，以及产生许多异常的胚胎，而低产制效率（0.1～0.5％）更是主要限制因素。

造成低产制率的原因未明，推测可能与所使用干细胞的品质或培养条件有关，导致细胞最终的分化能力不足；而不同细胞间的讯息沟通与整合等环节也十分重要。因此目前所产出的合成胚胎是否能真正模拟早期胚胎的生理仍有待商榷，尤其是预期产出的数量、品质、整齐度以及可供试验的最佳发育阶段等。

值得注意的是2017年有研究指出具全能分化潜力的干细胞，可在体内分化为胚内与胚外组织（包括胎盘）。未来或可探讨以此类干细胞改善合成胚效率与品质的可行性。若能如此，才能期许以合成胚取代部分试验动物的可能性；目前胚胎学家即使使用完整的活体鼠胚，仍无法稳定的培养至怀孕中、后期的阶段，更遑论是培养来自干细胞的组合胚。

这些可被培养至相当于体内8.5天的鼠胚，对应于人类胚胎的发育阶段约为怀孕后17～19天。可预期社会大众关注人类胚胎的程度将远高于对动物者，未来应先厘清这些合成胚是否具有神经或脑部活动、产生意识或如何界定生命的存在？而体外培养人类胚胎的伦理约束，是否仍应局限于14天前或予以放宽？在合成胚胎技术成熟前，国内或可针对类似的敏感议题与国际同步规范或超前布署。台湾目前相关研究设备或人员的素质与培训，大抵与先进国家同步，但在此领域的研究尚未能与国际接轨；究其原因，是研究社群的大环境、风气与思维模式的差异，或是研究经费与人力支持在制度面的不足？颇值得退一步省思。

总结来看，合成胚技术发展除可以让我们更容易了解器官发育的机制外，未来也可望提升胚胎发育与相关疾病之研究，甚至提供人类可移植的器官。器官产制在全球已有多方研究，但截至目前为止，仅由美国生技公司用基因转殖与动物复制技术生产的猪心脏，移植后已可维持患者生命达两个月。合成胚在这方面的应用，虽仍处于极初期的阶段，但无疑也开启了另一扇替代之门。