一次卵子與精子的奇特相遇,造就了如今近千萬的生命

2021年09月11日10:30

  ▎藥明康德內容團隊編輯

  40多年前,年輕的胚胎生物學家Jean Purdy見證了一次令人著迷的細胞分裂,在她面前的培養皿中,存在著的不是簡單的組織細胞,而是具備演化成一個完整生命個體潛力的受精卵,或者說早期胚胎。

  Purdy在觀察中,看著它從單細胞逐漸走向了八細胞期。作為在發育生物學家Robert Edwards實驗室的一名技術員,Purdy算是與Edwards共同見證了人類歷史性的一次體外受精的全過程。

  ▲在實驗室工作的Purdy(圖片來源:doi: 10.1016/j.rbmo.2011.04.010。 Open-i service of the National Library of Medicine。 courtesy Barbara Rankin。 CC BY 4.0)

  隨後,這枚胚胎被植入到了一位女性Lesley Brown的體內。因為這枚在體外受精的胚胎,她在經曆9年的受孕失敗後,終於懷上了屬於自己的孩子。38周之後,她的女兒Louise Brown作為世界上首個試管嬰兒誕生了。

  改變歷史的世界第一

  Louise出生那一天,奧爾德姆總醫院已經被聞風而來的記者圍得水洩不通。攝影師都在蓄勢待發準備搶先拍攝首個試管嬰兒的照片。Louise的父親跨越警方設立的重重警戒線來到女兒身邊,在那裡Louise正等待護士進行超過60項身體檢查項目。

  等到檢查結束,他看到了檢測報告上寫著“正常”時便已經激動得難以言喻。當他和妻子帶著Lousie回家後,仍然有超過一百名記者站在他們的房子外面等待,有的報紙頭條甚至用醒目的字體寫著“世紀嬰兒”來吸引公眾的眼球。

  但Lesley對這些事情並沒有放在心上,她不在乎世界有多少人關注自己的家庭,也不在乎媒體會如何評價她。“她只知道,她很想要一個孩子,現在她做到了。”Louise在成年後的一次採訪中表示,“我的母親根本沒有意識到,我是‘世界第一’。”

  如今,Louise的兩個孩子都已經十多歲,也足以證明通過體外受精技術孕育的試管嬰兒完全能夠與正常人一樣獲得完整、健康的人生。而賦予她和其他試管嬰兒生命的人,便是年輕時就立誌改變自然繁衍規則的Edwards。

  修改自然繁衍法則

  人類第一次打破“繁衍規則”的嚐試,已經是100多年前的事情了。最早在1890年,Walter Heape就將一隻雌兔體內的受精卵轉移到了另一隻兔子的體內,而接受胚胎的兔子成功孕育出了後代。但隨後的數十年里,這類實驗幾乎停滯,直到上世紀30年代才在大鼠、綿羊和山羊中重現。

  經曆了數十年,科學界僅僅只是發展了簡單的體外胚胎轉移,而真正有證據顯示能夠體外受精的成果還是1959年生殖學專家M.C。 Chang在兔子中完成的。當時,科學家還在嚐試在其他哺乳動物中發展類似的技術,但Edwards已經開始真正考慮,既然兔子能完成體外受精,那人類呢?

  ▲年輕時期的Edwards(圖片來源:doi: 10.1016/j.rbmo.2011.04.010。 Open-i service of the National Library of Medicine。 courtesy Ruth Edwards。 CC BY 4.0)

  帶著這份決心,1969年,Edwards革命性地完成了人類卵子的體外受精過程,其中卵子是從切除的卵巢中獲得並在培養皿中成熟。儘管當時的卵子受精效率並不高,但這一舉動已經註定在未來將改變無數不孕不育夫妻的命運,目前,全世界有超過10%的夫妻因為一些原因無法擁有自己的孩子。而1969橫空出世的實驗,已經讓現在的不孕夫妻有了完全不同的生活。

  事實上,Edwards的這一次實驗並不是偶然,或許從一開始,他就註定要成為將試管嬰兒帶到世界的那個人。在博士階段,他已經確認了將小鼠的發育生物學作為自己的研究方向,並且提出發育不僅僅是胚胎學和生殖學需要考慮的事情,更應該考慮遺傳學在其中的作用。

  這一觀點在現在看來並沒有什麼特別之處,但在DNA領域才剛剛建立起來的上世紀50年代,已經算得上非常前瞻的想法。而想要研究小鼠發育的遺傳學過程,需要使用大量的卵子、精子和胚胎。精子的獲得過程並不難,但是卵子的數量就非常少。

  ▲Edwards(正中)在劍橋大學讀博(圖片來源:doi: 10.1016/j.rbmo.2011.04.010。 Open-i service of the National Library of Medicine。 courtesy Ruth Edwards。 CC BY 4.0)

  這種材料極其不均衡的條件,促使Edwards設法找到了讓小鼠大量產生同週期卵子的方式——使用外源性激素;此外,他與合作者共同找到了卵細胞成熟事件的時間順序。光探索這個方向,Edwards就在短短6年內發表了38篇文章,平均2個月就能產出一篇。

  在後續的實驗中,Edwards有了更多大膽的嚐試,比如在體外模擬小鼠卵子的成熟過程,進而推演到狗、猴子和狒狒的卵子,然後是人類的卵子。但這些實驗其實並不為當時的一些人接受,Edwards所在研究所的主任得知此事後,嚴令禁止他繼續開展體外受精實驗。

  兩顆受精卵和一個新生兒

  實驗短暫地被迫暫停,但他隨後接到了格拉斯哥大學同事的邀請繼續開展研究,並最終在劍橋大學獲得了自己的實驗室。1963-1969年的6年時間里,他解決了體外受精研究的兩個關鍵問題:首先是證明眾多動物的卵細胞可以在體外成熟;第二個是獲得合法的人類卵子來源。

  在此基礎上,經過無數次的體外受精嚐試後,他獲得了兩顆寶貴的受精卵。在一次體外受精實驗中的56顆卵子中,有兩顆受精卵達到了雙原核期。儘管受精效率極低,卻非常直接地顯示出一種可能性:我們可以完成人類體外受精。

  在後續的實驗中,Edwards與奧爾德姆總醫院的外科醫生Patrick Steptoe改進了成熟卵子的獲得過程,由體外促成熟改為了體內促成熟後再獲取。這一小小的改變,直接將受精效率提升到了一個全新的高度,受精卵可以毫無問題地走向囊胚期。

  ▲Patrick Steptoe(圖片來源:doi: 10.1016/j.rbmo.2011.04.010。 Open-i service of the National Library of Medicine。 courtesy Andrew Steptoe。 CC BY 4.0)

  憑著這一成果,他興致勃勃地向英國醫學管理委員會(MRC)提出申請,想要將Steptoe引薦到劍橋大學來。但MRC卻意外地回絕這一申請,於是Edwards只能經常花上12小時往返於劍橋大學和奧爾德姆總醫院,這趟旅程他堅持了7年。7年中,體外受精的方式變得更加精進,像他們最初體內促成熟獲得卵子的方法就被逐漸摒棄了,因為使用了該方法的女性並不能懷孕。

  而Purdy也在這一過程中加入了他們的團隊,成為了實驗室的技術員。她也如同Edwards一樣,常常開車往返於劍橋和奧爾德姆總醫院之間,“Purdy的加入非常關鍵,整個研究項目不再只是我和Patrick了,我們成了三人的隊伍。”Edward很多年後回憶道。

  最終在1977年,他們獲取了一顆經曆自然週期成熟的卵子,並在體外完成了受精過程。這一次,受精卵被送回了提供卵子的女性體內。她於1978年生下了一名女嬰,也就是Louise。伴隨著媒體鋪天蓋地的關注與爭論,體外受精走進了人們的視野之中,Louise也逐漸健康成長並擁有了自己的孩子。

  而Louise的成長彷彿也在側面反映了體外受精技術的發展。Edwards和Steptoe在Louise出生後,在劍橋建立了第一個體外受精療法中心Bourn Hall Clinic。到1986年,這裏一共誕生了1000名試管嬰兒。

  ▲Louise抱著Bourn Hall Clinic誕生的第1000個試管嬰兒(圖片來源:doi: 10.1016/j.rbmo.2011.04.010。 Open-i service of the National Library of Medicine。 courtesy Bourn Hall Clinic。 CC BY 4.0)

  如今體外受精技術已經發展得相當成熟,截至2010諾貝爾獎被授予Edwards的時候,全世界大約已經有400萬個生命得益於該技術而誕生,根據國際輔助生育技術監控委員會2018發佈的報告,這一數字已經達到800萬。

  ▲Edwards因發展了體外受精技術獲得了2010年諾貝爾生理學或醫學獎(圖片來源:The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2010。 NobelPrize.org。 )

  而這一切生命的起點,都是1977年,那一顆卵子與精子在體外奇妙的結合瞬間。

  *Patrick Steptoe和Jean Purdy分別於1988年和1985年去世,未能等到2010的諾貝爾生理學或醫學獎。

  參考資料:

  [1] Robert edwards: nobel laureate in Physiology or medicine。 Retreived September 2nd from https://www.nobelprize.org/uploads/2018/06/edwards_lecture.pdf

  [2] The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2010。 Retreived September 2nd from https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2010/summary/

  [3] In Vitro Fertilization, the Nobel Prize, and Human Embryonic Stem Cells。 Retreived September 2nd from https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1934590910007101?via%3Dihub

  [4] My life as the world’s first ‘test tube baby’。 Retreived September 2nd from https://inews.co.uk/inews-lifestyle/people/ivf-40-louise-brown-life-worlds-first-test-tube-baby-97085

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