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簡介
根據(jù)一般性假設，實驗室胚胎學是最先進的科學分支之一，可以與太空研究、分子遺傳學、計算機和核科學技術相媲美。作為胚胎學家，我們不會刻意地去反對這種觀點。然而，在一次會議晚宴結(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，這不是針對個人。很遺憾，但這只是事實而已。
哺乳動物的胚胎學的開始似乎不太完美；相比之下，包括無脊椎動物或爬行動物的發(fā)育生物學在內(nèi)的其姐妹分支學科反而更成功：在第一次世界大戰(zhàn)（沒錯，即使是在19世紀）之前就已經(jīng)通過細胞核移植克隆出了后代；但這些成果在此后的一百年內(nèi)都未能在哺乳動物身上重現(xiàn)！
1952 – First successful nuclear transfer
更讓人吃驚的是，在上個世紀50年代，我們已經(jīng)有了核彈、人造衛(wèi)星、電視機、第一臺數(shù)字計算機，但卻沒有誕生在體外培養(yǎng)的哺乳動物胚胎，這是為什么呢？
如果你問一個現(xiàn)在的小學生：保護哺乳動物胚胎在體外受到損傷最重要的事情是什么？我相信他會說：讓它保持溫暖。畢竟我們談論的不是爬行動物或兩棲動物，而是恒溫動物，不是嗎？ 毫無疑問，一百年前的小學生也會給到同樣的答案，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者無視了一個明顯的事實，即哺乳動物的卵細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，哪怕是很短的時間。各種哺乳動物之間的核心溫度差異看似微小，但卻對卵細胞和胚胎體外培養(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的關鍵因素。在這篇博客中，我將總結(jié)在推進實驗室胚胎學發(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也是有爭議性的，既有積極的一面，也有消極的一面。
細胞/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，這種系統(tǒng)基本上被遺忘了。最初的時候是在干燥的爐子里通過采用精確的溫度計（Réaumur，1730）和相對合適的加熱方式。然后是在19世紀末使用煤油燈，在關閉培養(yǎng)箱門之前點燃一支蠟燭以提高箱內(nèi)二氧化碳水平，這時的培養(yǎng)箱開始變得適合在實驗室使用。
令人費解的是，第一個電加熱的培養(yǎng)箱不是用于組織培養(yǎng)，而是用于運送早產(chǎn)兒（Hess，1922）。隨后電加熱培養(yǎng)箱逐漸成為所有實驗室的標配。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，而那正是哺乳動物胚胎學誕生的時候。
The Hess transport incubator (1922)
(你現(xiàn)在可能會說?！澳敲?，你怎么能責怪胚胎學家的遲到呢？那個時候，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科技，多一點創(chuàng)造力和手工的技術來建造一個高度精確、相對完美的孵化器。
試想一下，制造一個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℃。將樣品放進密封盒之后關上盒子，然后用嘴對著一個小孔吹氣。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)被預熱，甚至已經(jīng)被你的肺預先過濾。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50%的囊胚率。我做到了，而且可以隨時隨地證明這一點。）
總之，通過電加熱，以及相對精確的溫度控制，和標準的5%二氧化碳補充，我們有了在實驗室條件下培養(yǎng)哺乳動物卵母細胞和胚胎的便捷條件。最初所有的人類、家畜和實驗室胚胎學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，我們意識到哺乳動物的卵母細胞和胚胎可能需要一個不同的體外環(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)時間短等原因，傳統(tǒng)培養(yǎng)箱的缺點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家意識到的，而是牛的胚胎學家。原因有三：
1. 通過陰道超聲引導在從未受促排卵的動物身上取卵，可以從雌性動物身上獲得的大量高質(zhì)量的未成熟卵細胞，有望在牛育種方面取得另一個可與人工授精相媲美的突破；
2. 同時，從屠宰場收集的卵巢和數(shù)十億的冷凍精液，為實驗室提供了沒有任何生物倫理問題的無限試驗樣本。因此，牛胚胎學家們找到了牛卵細胞體外成熟的有效方法，成功率高達90-95%，精子獲能和體外授精也非常成功，卵裂率可達80%—90%，并發(fā)育到了8-細胞階段，具有與體內(nèi)成熟相媲美的生物學價值。
3. 然而，曾經(jīng)傳奇的 “8細胞阻滯”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”，也會明顯受損：細胞數(shù)更少，內(nèi)細胞團更小，細胞質(zhì)顏色深且充滿脂滴。令人沮喪的胚胎移植結(jié)果，讓動物育種公司望而卻步，重新考慮了他們對相關研究的財務支持。
此外，在90年代流行的牛海綿狀腦?。ㄋ追Q：瘋牛病）造成了大量牛的死亡，自殺的養(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，不愿意引進任何新技術，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所接受和應用。
這些原則包括：
– 不要使用復雜的組織培養(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驗室的整個期間，建立一個高度穩(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，將大氣中標準的”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為是有效的。然而，這究竟是純粹的運氣？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，那些雖然喪失信心但卻依舊求知若渴的牛胚胎學家們依然在人類領域繼續(xù)他們的事業(yè)。盡管很少有人能夠完全接受相關學科，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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? ? ? ? 哺乳動物胚胎培養(yǎng)箱的開發(fā)
? ? ? ? 任務看起來似乎很簡單。……(未完待續(xù))