两年前，邵（Shao）是一名具有生物学天赋的机械工程师。当时他正在研究胚胎干细胞，这种干细胞是从人类胚胎中提取出来的，能够形成任何细胞类型。当他尝试通过在软凝胶支架中生长让细胞形成更有组织的三维结构的方法时，他也在寻找原始神经组织的迹象。
引起他注意的是，这些细胞似乎比预期的变化要快得多，它们在几天内迅速地将自己排列成一个不对称的圆圈。
它是什么？ 邵感到震惊并且在谷歌上搜索了一下，看看他是否能识别出这个结构。当他登陆一个名为“虚拟人类胚胎”网站，输入后不久他发现了一些融合到子宫壁的人类胚胎的显微镜照片，而且是10天大的人类胚胎。这是羊膜囊和胚盘，或未来的身体形成的开始，这些与他所看到的相符。
邵告诉了他的同事，他们是一个由生物学家和工程师组成的混合团队，在密歇根大学办公。“当我向团队展示图片时，每个人都说：“哇，我们需要弄清楚该怎么做”邵说。难道他们从干细胞中获得了真正的人类胚胎吗？ “那时，我们开始变得更加谨慎了。”
研究小组很快发现，这种类似人类胚胎的结构并不完整，也不能成长为一个人。因为他们缺乏制造胎盘、心脏或大脑所需的细胞类型。即便如此，密歇根的“胚胎”已经足够现实，以至于实验室用洗涤剂或甲醛液来摧毁它们，以确保它们不会再进一步发展。
密歇根的这项工作是器官类研究更大繁荣的一部分，科学家们正在利用干细胞制造出越来越像大脑、肺或肠道的细胞群(参见“10项突破性技术:大脑器官组织”)。现在，类似邵的发现说明模仿胚胎本身是可能的。
例如，今年英国剑桥的研究人员通过结合两种类型的干细胞，构建了一个令人信服的六日龄小鼠胚胎的复制品。现在，该小组正试图对人类细胞做同样的事情，就像其他一些人一样，包括纽约洛克菲勒大学的一个人。科学家们说，新技术——他们称之为“合成胚胎学”的出现，让他们相信，有可能让他们第一次详细地探索人类发展引人入胜的开篇章节。
要做到这一点很难，因为正常的胚胎在实验室里的生长时间不超过一周。在这之后发生的关键事件在很大程度上是无法获得科学研究的。甚至，在大多数女性得知自己怀孕之前，它们就已在人类子宫的黑暗中发生了。
在密歇根大学使用的微流体装置培养由胚胎细胞制成的组织细胞，每个小蓝色通道内可容纳10个有机物
更重要的是，对真正的人类胚胎的研究受到堕胎政治的束缚，法律的限制，仅限于从IVF诊所（体外受精诊所）获得供应。现在通过种植胚胎，科学家们发现了一种绕过这些限制的方法。他们已经构思了一整套现代化的实验室工具——基因编辑，光遗传学，高速显微镜——可以让他们重复一项实验数百次，或者用基因魔法可以一次性询问一千个问题。
来自密歇根团队一项成果是：一个细胞模仿胚胎自我组织成结构的特写视频，这令人激动。“干细胞拥有这种能力，这太不可思议了，”Jianping Fu说，他是密歇根大学的教授，邵是其工程实验室的学生之一。Jianping Fu说，带有胚胎形状东西的出现以及它的一些特征，“完全是件意外的事；尽管我还是不敢相信，但这表明这些细胞记住了它们应该做什么。”
密歇根的科学家们现在已经计划制造数百种胚胎。这些可用于筛选药物，以了解哪些原因会导致出生缺陷，帮助其他人找到增加怀孕的机会，或为实验室生成的器官创建起始材料。但是，这一点上关于道德和政治的争吵可能并不遥远。
“这是科学和生物伦理学领域出现的一个热门新领域。在未来的几年里，这一问题似乎仍将受到争议，”Jonathan Kimmelman说，他是蒙特利尔麦吉尔大学生物伦理部门成员兼干细胞科学家国际组织的领导人�。
培养皿里是什么?这个问题似乎还没有答案。事实上，没有人知道该如何称呼这些新实体。今年3月，哈佛大学的一个研究小组在一篇论文中提出了一个包罗万象的“具有胚胎特征的人工合成人类实体”或称为SHEEFS，并在一篇论文中警告说，“许多新物种”即将出现，包括现实的迷你大脑。
邵在麻省理工学院继续他的培训，深入研究了道德问题，并得出了自己的结论。“在研究早期，我们开始关注为什么我们要这么做?”真的有必要吗?我们决定了，是的。我们正在努力培育一种类似于人类早期胚胎的结构，而这种结构很难去研究。”邵说。“但我们不会产生一个完整的人类胚胎。我不能只考虑我的感受。我必须考虑社会。”
然而，其他科学家则决心要看看科学的发展有多远，包括从干细胞中培育出第一个完整的人类胚胎。Ali Brivanlou是一位胚胎学家，他在纽约洛克菲勒大学领导了一个实验室。在一封电子邮件中他写道:“我的目标是最大限度地在体外建立人类发展模式。” “因此，我们希望尽可能准确，尽可能完整。”
塑造
1998年，来自美国威斯康星的科学家们首次从备用的、老旧的体外受精胚胎中分离出了胚胎干细胞。在早期，胚胎只是一堆相同的、空白的细胞。科学家们的专长是:在体内制造任何其他类型的细胞。随着对最终医疗的关注，公司已经使用它们来产生对胰岛素作出反应的神经元和β细胞。在培养皿中，它们会自发地变成心肌，然后开始跳动。
科学家们已经开始寻找诱导干细胞形成更复杂、更有组织的（叫做类器官）方法。这些小器官并不是真正的东西。相反，它们的体积比砂粒要小得多，而且往往也不太复杂。但是它们仍然具备一些基本的东西，比如肺的分支气道和波状纤毛。去年，研究人员使用脑器官显示了寨卡病毒是如何感染脑细胞的。
到2014年，这样的努力开始产生证据，并证明干细胞可以在胚胎中直接重现早期的活动。Brivanlou的实验室有一个想法，即在微图案表面上的微小点内调节干细胞。包含的这些细胞产生帮助产生了一种令人惊讶的效果。他们形成了一种有组织的“原始条纹”——这是一个两周龄的人类胚胎所具有的特征。
那些胚胎不是天然的。它们很薄，生长成一个扁平的薄片，它们的条纹是圆的，而不是真正的胚胎。“但它比我们想象的要好，”Aryeh Warmflash说，他是一名赖斯大学教授，在洛克菲勒工作期间进行了这项实验。“我们越来越意识到，这些细胞是通过编程来制造胚胎的。这就是他们想要做的。如果细胞处于正确的形状，在正确的密度下，你给它们正确的信号，细胞就会从那里接管，它们会互相交谈。”
在密歇根州，Fu说他的实验室与密歇根州的生物学家Deborah Gumicio正在进行合作，在研究机械信号，如在柔软或粘稠的凝胶中生长的细胞是否可以增强其形成某些组织的能力时，几乎意外地发现了自己制造胚胎的方法。
作为对照实验，一个涉及鼓励肠细胞形成内腔或中空囊肿的实验，也以相同的方式培养了胚胎干细胞。这就是“机缘巧合”的时候。干细胞分化成球形，与羊膜腔的开端相似。“在那之后，我们看到了所有令人着迷的自组织特征，”Fu说。
道德问题
进一步的测试表明，胚胎只代表了胚胎的一部分。虽然他们有一个羊膜囊，但他们缺乏完整的细胞谱系——滋养细胞，它的作用是制造胎盘。而在构成胚胎的细胞丛中，研究人员只发现了构成完整身体所需的三种关键类型中的一种。
当研究小组在8月初公布他们的发现时，他们大多都没有注意到。这可能是因为科学家们有意地忽略掉了一些话，旨在竭力避免将其与胚胎进行比较。邵甚至使用了“非对称囊肿”这个词来形容那些让团队感到惊讶的实体。“我们必须小心使用合成人类胚胎这个词，因为有些人对此并不满意，” Fu说。
从干细胞中产生的“胚胎”与一个真正的人类胚胎共享关键特征，比如羊膜囊，但缺乏其他元素
目前，美国和英国的科学家们使用自然人类胚胎来观察其行为的方式被称为“14天法则”。这是因为，没有人类的胚胎在形成两周后，或在原始条纹形成后才被研究。在这之前，根据1984年“Warnock报告”，没有人认为这些胚胎会有任何感觉，并且认为它们“无法感受到痛苦”。
几十年来，这条规则提供了一条方便而清晰的路线。同样的限制也适用于胚胎，至少现在是这样。为了遵循Kimmelman国际干细胞协会去年公布的指导方针，Fu的团队在5天之后就摧毁了细胞。这样做防止了生物伦理学家所称的“关注的特性”的出现——比如原始神经系统。
但是科学家们已经准备好争辩说他们的结构不是真正的胚胎，他们应该能够达到极限。一些专家呼吁废除这一规定，称它已经过时了。John Aach是哈佛医学院的一名科学家，他认为需要全新的道德测量棒来帮助指导类器官的测试。例如，在实验室里长大的迷你大脑会感到痛苦吗？我们对胚胎的定义能否经得起实验室新证据的检验？Aach说:“所有伟大的科学进步都有一种方式，即让人们对共同概念的不精确性进行揭露，迫使人们重新思考它们。”
甚至在邵的论文发表之前，今年在波士顿举行的一场会议上他还是一名道德专家，包括Insoo Hyun，后者是凯斯西大学的一名教授。Hyun觉得邵这位年轻的研究人员是安全的，因为他的结构不包含胚胎的每一部分。Hyun说:“我认为他们应该设计实验，专注于特定的问题，而不是模型一切。”“我的建议是，不要做所有的事情。”一个团队可以制造引擎，另一个团队可以制造轮子。你在做的事情越清晰，你就越有可能不受阻碍地进行研究。”
还有另一个需要谨慎的理由。根据一项名为迪基-柳条修正案的法律，美国目前禁止联邦资助任何对胚胎的研究。
虽然目前的胚胎似乎并没有受到法律上的限制，但如果科学家让它们足够现实的话，限制可能就会出现。在回答书面问题时，美国国立卫生研究院的科学政策办公室表示，它有一个内部流程，用于分析拨款，并确定“拟议的研究是否会创造出符合人类胚胎法定定义的有机体”。该机构是一家规模为33亿美元的资助机构。
密歇根大学的科学家们说，其项目使用了两项NIH拨款的资金，到目前为止该机构的官员迄今尚未提出任何异议。目前，这些胚胎在用透明质和金属制成的盒子里存活和死亡，并被培养基喂养。Hyun说:“由于这些实体的组件非常复杂，我认为你们将能够证明这些不是生物体。”这一点也是邵想要强调的。��当邵介绍今年的小组工作时，他在幻灯片添加了一个道德声明，称胚胎“不具有人类生物体的形式或潜力”。
但这样的定义可能是一个移动目标。因为整个结构的重点是令人惊讶的，自我导向的，甚至是有机体发展方式的Robert Cork是虚拟胚胎项目的负责人，该项目维保留了密歇根团队用来识别其结构的图像。当我问他关于邵的论文时，Cork告诉我，如果实验被允许，这些胚胎可能会继续制造一些他们目前缺失的研究部分。Cork还说:“这将表明，如果他们能使囊肿存活的时间更长，那么囊肿可能会继续发展成为更像胚胎的东西。”
高通量
Jianping Fu是密歇根大学的机械工程教授
Fu说其Ann Arbor实验室的下一步是完善制造具有特定特征胚胎的程序，并同时扩大胚胎的数量。最初，密歇根科学家每增加100个“囊肿”，只有5个出现了不对称的形状，让人联想到了羊膜囊。但他们已经学会了如何让这种形状每次都出现。Fu预计，胚胎的生产将成为“可编程和可扩展的”。
可以对胚胎样品进行药物检测，例如可标记任何具有毒性作用并引起出生缺陷的药物。Fu的希望是，合成胚胎学最终可能会帮助工程师培养完整的人体器官。“我不是在谈论没有大脑的人体。 但真正有可能的是，可以开发一个迷你肠道或迷你肝脏，因为胚胎也会发育他们。如果你有原始器官，他们可以成长为一个功能性的器官，“Fu预测。实验室已经开始在一个芯片大小的芯片上种植胚胎。蚀刻在里面的是6个微通道，每一个都能容纳10个这样的实体，它们悬浮在水凝胶中，并在微型桶中储存营养。傅将其称为“高吞吐量制造”。
这样，他说，“一切都可以被触发和控制。”
作者：Antonio Regalado
原创编译：梓色扬光
原文链接：https://www.technologyreview.com/s/608173/artificial-human-embryos-are-coming-and-no-one-knows-how-to-handle-them/
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