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簡介
根據(jù)一般性假設(shè)，實(shí)驗(yàn)室胚胎學(xué)是最先進(jìn)的科學(xué)分支之一，可以與太空研究、分子遺傳學(xué)、計(jì)算機(jī)和核科學(xué)技術(shù)相媲美。作為胚胎學(xué)家，我們不會(huì)刻意地去反對這種觀點(diǎn)。然而，在一次會(huì)議晚宴結(jié)束后的非正式討論中，我尊敬的美國朋友Rodney Wade發(fā)表了在場大多數(shù)人都同意的“不朽”言論：”高科技？算了吧。試管嬰兒是低科技…”。雖然他是在20年前說的，但這番話在今天比以往更加貼切。
不要感到被冒犯，這不是針對個(gè)人。很遺憾，但這只是事實(shí)而已。
哺乳動(dòng)物的胚胎學(xué)的開始似乎不太完美；相比之下，包括無脊椎動(dòng)物或爬行動(dòng)物的發(fā)育生物學(xué)在內(nèi)的其姐妹分支學(xué)科反而更成功：在第一次世界大戰(zhàn)（沒錯(cuò)，即使是在19世紀(jì)）之前就已經(jīng)通過細(xì)胞核移植克隆出了后代；但這些成果在此后的一百年內(nèi)都未能在哺乳動(dòng)物身上重現(xiàn)！
1952 – First successful nuclear transfer
更讓人吃驚的是，在上個(gè)世紀(jì)50年代，我們已經(jīng)有了核彈、人造衛(wèi)星、電視機(jī)、第一臺(tái)數(shù)字計(jì)算機(jī)，但卻沒有誕生在體外培養(yǎng)的哺乳動(dòng)物胚胎，這是為什么呢？
如果你問一個(gè)現(xiàn)在的小學(xué)生：保護(hù)哺乳動(dòng)物胚胎在體外受到損傷最重要的事情是什么？我相信他會(huì)說：讓它保持溫暖。畢竟我們談?wù)摰牟皇桥佬袆?dòng)物或兩棲動(dòng)物，而是恒溫動(dòng)物，不是嗎？ 毫無疑問，一百年前的小學(xué)生也會(huì)給到同樣的答案，只不過沒有被問及罷了。
回想起來，這似乎很荒謬，這些受人尊敬的胚胎學(xué)者無視了一個(gè)明顯的事實(shí)，即哺乳動(dòng)物的卵細(xì)胞和胚胎對溫度變化極其敏感。這與青蛙和蠑螈的不同，因此不能將其暴露在室溫下，哪怕是很短的時(shí)間。各種哺乳動(dòng)物之間的核心溫度差異看似微小，但卻對卵細(xì)胞和胚胎體外培養(yǎng)有著很大影響。適合人類胚胎的最佳溫度對牛和豬的胚胎來說卻是毀滅性的，反之亦然，盡管它們之間的差異只有幾乎可以忽略不計(jì)的1.5-2.0℃。
正如你所知，迄今為止培養(yǎng)和培養(yǎng)箱依然是影響胚胎學(xué)的關(guān)鍵因素。在這篇博客中，我將總結(jié)在推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室胚胎學(xué)發(fā)展過程中起到?jīng)Q定性作用的故事。這些決定性的故事同時(shí)也是有爭議性的，既有積極的一面，也有消極的一面。
細(xì)胞/組織培養(yǎng)箱的發(fā)明
盡管在幾千年前，中國和埃及就已經(jīng)將火焰加熱的孵化器（或者說是孵化室）用于雞蛋，但在中世紀(jì)，這種系統(tǒng)基本上被遺忘了。最初的時(shí)候是在干燥的爐子里通過采用精確的溫度計(jì)（Réaumur，1730）和相對合適的加熱方式。然后是在19世紀(jì)末使用煤油燈，在關(guān)閉培養(yǎng)箱門之前點(diǎn)燃一支蠟燭以提高箱內(nèi)二氧化碳水平，這時(shí)的培養(yǎng)箱開始變得適合在實(shí)驗(yàn)室使用。
令人費(fèi)解的是，第一個(gè)電加熱的培養(yǎng)箱不是用于組織培養(yǎng)，而是用于運(yùn)送早產(chǎn)兒（Hess，1922）。隨后電加熱培養(yǎng)箱逐漸成為所有實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)配。在50-60年前，氣體混合物或混合器也最終被用于維持培養(yǎng)所需的二氧化碳水平，而那正是哺乳動(dòng)物胚胎學(xué)誕生的時(shí)候。
The Hess transport incubator (1922)
(你現(xiàn)在可能會(huì)說?！澳敲?，你怎么能責(zé)怪胚胎學(xué)家的遲到呢？那個(gè)時(shí)候，他們?nèi)鄙賹λ麄兊墓ぷ鞑豢苫蛉钡幕竟ぞ?！?/p>
好吧，如果他們知道需要什么，他們可以自己制造。在100年前，甚至是200年前就可以通過使用少一點(diǎn)科技，多一點(diǎn)創(chuàng)造力和手工的技術(shù)來建造一個(gè)高度精確、相對完美的孵化器。
試想一下，制造一個(gè)可以承載小密封盒的的水浴槽，然后將熱水和冷水（常溫），分別裝入不同的桶中。通過向桶中分別加入熱水和冷水，使水浴槽中的水始終保持在37℃。將樣品放進(jìn)密封盒之后關(guān)上盒子，然后用嘴對著一個(gè)小孔吹氣。氣體中所含的二氧化碳幾乎與所需的濃度一樣多，足夠低的氧氣濃度和接近100%的濕度，而且氣體已經(jīng)被預(yù)熱，甚至已經(jīng)被你的肺預(yù)先過濾。隨后將小孔密封，并把盒子浸入水浴槽中。接下來只需要反復(fù)添加熱水或冷水來維持溫度，也許需要你與其他人輪流工作5-7天。
信不信由你，與這個(gè)系統(tǒng)有著密切的相似之處，你可以在牛和豬身上獲得高達(dá)50%的囊胚率。我做到了，而且可以隨時(shí)隨地證明這一點(diǎn)。）
總之，通過電加熱，以及相對精確的溫度控制，和標(biāo)準(zhǔn)的5%二氧化碳補(bǔ)充，我們有了在實(shí)驗(yàn)室條件下培養(yǎng)哺乳動(dòng)物卵母細(xì)胞和胚胎的便捷條件。最初所有的人類、家畜和實(shí)驗(yàn)室胚胎學(xué)的成功都是在這些大型的箱式培養(yǎng)箱中取得的。
然而很快，在90年代初，我們意識(shí)到哺乳動(dòng)物的卵母細(xì)胞和胚胎可能需要一個(gè)不同的體外環(huán)境。
嘗試建立合適的胚胎體外培養(yǎng)系統(tǒng)
Quod licet bovi – licet Iovi?
（聯(lián)系我們，獲得幫助）
最初，由于病人數(shù)量和周期數(shù)少，再加上移植前的培養(yǎng)時(shí)間短等原因，傳統(tǒng)培養(yǎng)箱的缺點(diǎn)和局限等問題并不明顯。不尋常的是，這些問題最先不是由人類胚胎學(xué)家意識(shí)到的，而是牛的胚胎學(xué)家。原因有三：
1. 通過陰道超聲引導(dǎo)在從未受促排卵的動(dòng)物身上取卵，可以從雌性動(dòng)物身上獲得的大量高質(zhì)量的未成熟卵細(xì)胞，有望在牛育種方面取得另一個(gè)可與人工授精相媲美的突破；
2. 同時(shí)，從屠宰場收集的卵巢和數(shù)十億的冷凍精液，為實(shí)驗(yàn)室提供了沒有任何生物倫理問題的無限試驗(yàn)樣本。因此，牛胚胎學(xué)家們找到了牛卵細(xì)胞體外成熟的有效方法，成功率高達(dá)90-95%，精子獲能和體外授精也非常成功，卵裂率可達(dá)80%—90%，并發(fā)育到了8-細(xì)胞階段，具有與體內(nèi)成熟相媲美的生物學(xué)價(jià)值。
3. 然而，曾經(jīng)傳奇的 “8細(xì)胞阻滯”需要再過十年才能被攻克。遺憾的是，與人類相反，牛胚胎只能在非手術(shù)胚胎移植的條件下才能發(fā)育到囊胚階段。即使有為數(shù)不多的胚胎逃過了阻滯，并發(fā)育成”囊胚”，也會(huì)明顯受損：細(xì)胞數(shù)更少，內(nèi)細(xì)胞團(tuán)更小，細(xì)胞質(zhì)顏色深且充滿脂滴。令人沮喪的胚胎移植結(jié)果，讓動(dòng)物育種公司望而卻步，重新考慮了他們對相關(guān)研究的財(cái)務(wù)支持。
此外，在90年代流行的牛海綿狀腦病（俗稱：瘋牛?。┰斐闪舜罅颗５乃劳觯詺⒌酿B(yǎng)殖人員甚至比受到這種病毒感染的人數(shù)還要多，剩下的養(yǎng)殖人員也喪失了信心，不愿意引進(jìn)任何新技術(shù)，直到今天，這件事造成的影響仍然存在。
雖然研究牛的胚胎學(xué)家人數(shù)驟減，但他們最終還是發(fā)現(xiàn)了胚胎體外發(fā)育不良的原因；而他們建立的原則也在幾十年后被人類試管嬰兒技術(shù)所接受和應(yīng)用。
這些原則包括：
– 不要使用復(fù)雜的組織培養(yǎng)基，如TCM-199，而是將體內(nèi)的情況作為主要參考，再通過各種方法將培養(yǎng)基成分限制在胚胎發(fā)育所必需的成分上，最終的成分需要與體內(nèi)的成分相似。
– 在雌性配子和胚胎在實(shí)驗(yàn)室的整個(gè)期間，建立一個(gè)高度穩(wěn)定的環(huán)境，包括所有基本參數(shù)，尤其是溫度。
– 作為上述嘗試的一部分，根據(jù)體內(nèi)情況，將大氣中標(biāo)準(zhǔn)的”5%二氧化碳”修改為含氧量較少的混合氣體。
? ? ? ?第二條和第三條原則在所有家畜中都被認(rèn)為是有效的。然而，這究竟是純粹的運(yùn)氣？還是來自大自然的慷慨支持？相較于那些成功培育出了其他哺乳動(dòng)物（包括豬）的培養(yǎng)液，為牛胚胎而開發(fā)的胚胎培養(yǎng)液卻更適合人類。
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? ? ? ?同時(shí)，那些雖然喪失信心但卻依舊求知若渴的牛胚胎學(xué)家們依然在人類領(lǐng)域繼續(xù)他們的事業(yè)。盡管很少有人能夠完全接受相關(guān)學(xué)科，但這些新鮮血液和全新理念為人類體外受精找到了合適的替代品。
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? ? ? ? 首先，在低溫保存（玻璃化）和胚胎培養(yǎng)方面。
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? ? ? ? 哺乳動(dòng)物胚胎培養(yǎng)箱的開發(fā)
? ? ? ? 任務(wù)看起來似乎很簡單。……(未完待續(xù))