雷诺佩拉(Reijo Pera)对解构这个过程的工作原理有着强烈的个人意愿。她在职业生涯早期被诊断患有卵巢癌,一种称为颗粒细胞瘤的罕见疾病使其无法生育。 “人们说,‘哦,没关系领养一个孩子很容易,这样做很容易,那样做很容易’,就在那时我开始关注到关于不育症的医疗保健问题。” 佩拉如是指出。
最终她和她的丈夫决定从危地马拉收养一个孩子。直至2006年,她正在学习西班牙语,并被评为 “美国最有影响力的20名女性之一”。她告诉《新闻周刊》自己即将成为一名母亲。但随后危地马拉停止允许外国人收养孩子。当时她已经49岁了。
“因此我们就决定开始这样一种生活,夫妻双方和一条叫Boo的狗。这就是我们所做的,“她说。
尽管放弃成为一名母亲,但是佩拉并没有让相关的科学问题搁置。相反,她抓住了对不育症的终极答案。
2006年,名为山中伸弥(Shinya Yamanaka)的日本科学家指出,他找到了可以将任何成人细胞(其中也包括皮肤和血细胞)转化为所谓多功能干细胞的方法。这些细胞被简称为iPS细胞经历了一种分子遗忘。就像在新形成人类胚胎中发现的细胞一样,它们没有固定的身份,但是能够发育成骨骼,脂肪或身体的任何其他部分。这项技术使用起来非常简单。有些人甚至将其比作生物界比较了柏林墙的倒塌。
六年后,山中就因此获得了诺贝尔奖。随着iPS细胞技术的开发,他解决了长期以来的伦理争议问题。他找到了不使用人类胚胎便可探索人类发育的早期阶段的方法。此外,iPS细胞来自特定人群,这意味着所得到的细胞能够与患者完全匹配。科学家开始讨论为移植手术提供“个性化”的神经元或心脏细胞。
佩拉和很多人一样知道基因相同干细胞在生殖中的重要价值。如何从皮肤细胞获得具备生物相关性的孩子?即便山中的“翻转”细胞技术能够直接应用,解决问题仍然具有相当的挑战性。
科学家仍然不知道如何促使细胞发育成为神经元而不会成为脚趾甲。想出这样一个生化配方——促进细胞发育所需的精确成分和步骤已经成为生物学家望而生畏的难题之一。
6月份,3,900名发展生物学家,生物技术主管和医生聚集在波士顿海绵会议中心,参加第15届国际干细胞研究学会年会。参会的山中成为日本媒体竞相采访的对象。而许多出席大会的科学家也致力于创建特定的细胞类型。
哈佛大学道格拉斯·梅尔顿(Douglas Melton)表示,他花了十多年时间研究如何将干细胞转化为胰腺细胞,最终在2014年实现。他自己有两个患糖尿病的孩子,希望能够用细胞移植治愈他们的疾病。“我们希望完全控制和掌握细胞命运,”梅尔顿对与会者说。
生命的秘密与会期间,我采访了两名日本科学家齐藤通纪(MitinoriSaitou)和Kashihiko Hayashi,他们曾在去年11月份报告说将小鼠尾部细胞转化为iPS细胞,然后变成了卵细胞。这是人类第一次在体外创造出了人造卵子。
两位科学家使用这种合成的卵细胞生产出8只老鼠。这些老鼠不仅健康,而且具备生殖能力。这一研究历时五年时间,相关发表在《自然》杂志上的论文长达17页,而山中称齐藤通纪为“天才”。
两位科学家现在致力于用同样的方式打造人类生殖细胞。齐藤通纪告诉我,山中亲自指导他制造人类配子。 “他亲自过问这件事。他认为我们应该这样做,因为科学地讲它非常有趣,“他说。 “我们对这些细胞如何发育成新个体非常感兴趣,这是控制细胞发育的终极方式。“
山中领导的团队忙于证明iPS细胞具有实际应用:把诺贝尔奖的重要发现转化为治疗手段已成为国家层面的重点任务。?2014年,日本研究人员进行了iPS生殖细胞的首次测试,用于治疗失明。但是齐藤通纪称人造配子还没有被列入议程。
“不是说人类配子的排序靠后,而是说根据没有列入研究日程。其甚至不能与替代细胞治疗相提并论,“他说,“我认为使用体外生殖细胞来创造人类个体非常困难,但并不是不可能。“
这不仅是指在技术上很困难,齐藤通纪也对相关伦理影响心存芥蒂。他被不孕不育夫妇的来信所淹没。但在日本,原则上禁止科学家使用这样的细胞来打造人类胚胎。政府正在衡量是否需要放宽限制。
相比于法律,技术障碍可能会率先被克服。尽管齐藤通纪对伦理问题担心重重,但关于在实验室中制造人类卵细胞的竞赛正在紧锣密鼓地进行。
齐藤通纪承认,现在自己正与导师,剑桥大学的阿兹姆·苏拉尼(Azim Surani)进行了一场“不太愉快的”比赛,看谁能够成为第一个研究出秘诀的人。而他以前的学生,目前在九州大学任职的Hayashi也在暗自较劲。如果其中任何一个人完善这种技术的话,其他研究人员可能对于使用这项技术不会犹豫不决。
当我问及Hayashi掌握如何创造出人类配子需要多长时间,他说需要10或20年时间。 “最困难的问题是要多久,因为我在做的这些实验并不容易。我不想信口开河说五年,“他说。 “那样五年后就有人会怪我。”
科学家们已经可以诱导iPS细胞形成原始的生殖细胞,但如何将这些细胞转化为功能性精子或卵子还没有最终解决。在人类的自然发育过程中,这个转化直至青春期才完全完成。用他们的老鼠,齐藤通纪和Hayashi利用他们培养的小鼠,通过将iPS细胞置于模拟的卵巢中诱导iPS细胞。
这种模拟卵巢使用从小鼠胚胎提取的组织构建。但从人类胚胎细胞中打造类似的培养皿并不现实,因为获得这样的组织非常困难。相反齐藤通纪认为,他需要利用iPS细胞制造模拟孵化器。这个额外的挑战可能会推迟实验的成功。
即便他们确实制造出人类的卵或精子,科学家们依旧会遇到另一个障碍。因为证明这些细胞有效性的唯一办法就是创造一个人类的后代,现在这是日本科学家不愿意考虑的。
相反,为了论证实验,Hayashi和齐藤通纪也使用了猴子进行实验。Hayashi表示,与人类具有密切相关性的动物将是论证他们的技术对“灵长类动物是否安全”的良好模式。 “我们需要证明的是,我们可以制作出高质量的卵细胞。为此,我们需要产生出后代。“他如是指出。
胚胎种植随之而来的是不可避免的商业利益。在采访Hayashi时,的日本生物技术公司Healios首席执行官Hardy Kagimoto加入进来,他正在寻求如何将iPS细胞用于治疗失明。Kagimoto也希望能合作探索实验室制造人类配子。他说,一个拥有全球临床网络的试管婴儿医疗团队对此也很有兴趣。 “一件大事情正在发生,而整个社会并不了解,” Kagimoto说,“当然不要误会我,如果我们要做,也会按照整个社会的共识来做。”