人胚的体外受精与体外培养 [复制链接]

第7版()
专栏：

人胚的体外受精与体外培养
张作干
1月21日人民日报发表的消息说，意大利学者佩特鲁奇等三人实验人卵体外受精成功，并且养活二十九天。此外还提到佩氏在研究妊娠期间鉴别胎儿性别问题，并已能使狗照预定的性别生出小狗。这是极有意义的成就和研究，使今后在这方面有更大的展望。
人是哺乳类，原来是在体内受精，由母体培养出来的，其优越性在于胚胎得到母体的保护和营养的供应，和这现象同时发展的是产生的卵子少、小，所带的养份少，只发育到几十个细胞就要进入母体的子宫壁，吸收母血的养份才能继续发育。这和体外发育的鱼、蛙、蛇、鸡大不相同，它们产卵多、大而养份充足。人要怀胎九个多月，并不是轻快舒适的负担，而妊娠中毒症等也影响健康。如果能够不用妊娠而有子女，使做母亲的不至因生育而影响工作和劳动，这将是妇女的一个福音。
通过理论知识的提高和技术方法的改进，我们如果能把体外培养的时间从29天延长到6个月以上，那时胎儿就可以脱离液体环境而转入空气中（相当于分娩）喂养了。如果我们了解精子和卵子及受精后发育的环境对于性别的关系，我们还有可能控制性别以满足父母们生男生女的愿望。这些问题的解决将不仅可以满足父母们的愿望，促进母体的健康，也为进一步实行计划生育提供了更有利的条件。性的决定也是畜牧方面的重要问题，如增产母鸡、乳牛等问题。今天看来这些问题是有可能解决的，但尚有许多复杂的理论和技术问题，有待于科学家们进一步的研究。
体外受精和体外培养的成功，有可能开展人单性发育及性的决定问题的研究。过去对于单性发育主要是用卵生的低等动物来进行的。哺乳类在自然条件下和人工的用X射线、紫外光、机械、药物及异种精子等方法引起未受精卵发育也做了一些工作，但只发育了几天，最多到囊胚期就死亡了。惟一成功的是美国宾克斯（1939）用脑垂体激素使兔人工排卵后，在输卵管加冰降温。使管内的卵虽未受精而进行发育，有一只兔生下一只雌兔。人卵的单性发育亦曾有报道，英国司潘威（1955）和巴福林（1956）并认为人也有可能发生出单性发育（无父）的孩子。这只是统计调查及遗传学上的推论，有待于科学家今后予以证实。
什么因素决定性别是尚在争论的问题。遗传和染色体的不同，母体的年龄、精子和卵子的年龄，以及造成这种不同的代谢和化学上的不同是内在因素的主要方面；而温度、气候、激素、营养等是外界因素。各说纷纷，尚无定论。总的看来，内外因素是互相影响的，而内因是主要的。从动物种类来看，低等动物如鱼和蛙的染色体无两性的区别，成年的鱼蛙能在激素影响下互相转变，但鸡只有“牝鸡司晨”，并无公鸡生蛋，而性别没有分化以前的鸡胚胎可以用激素使胚胎都变成雌的或雄的。到哺乳类，包括人在内，成体不能转变，但胚胎尚在进行性的分化时如给以性腺激素可以发生雌雄同体（半雌雄）。这里一方面是进化上不同，更主要的是因为雌的和雄的鱼和蛙，雌鸡和胚胎鸡内部存在着转变的物质条件，即它们的生殖腺存在着未分化的部分，所以在适当条件下可以转变，而雄鸡和成年的哺乳类没有这种构造。在两性未分化以前的哺乳类胚胎是否有可能予以转变，尚需进一步研究。
根据染色体学说，哺乳类精子有决定雄性的和雌性的两种，同时精子有大小、化学及物理学反应的不同。苏联学者舒兰特（1934）和马赫甫卡（1936）分别用电泳和高频场分离两种不同的精子，英国林代（1956）用离心机分离精子。分离出来的精子受精后各发育成两性比例悬殊的后代。看来技术上的进一步改正，尤其是电泳法，有可能完全照预定的性别产生后一代。哺乳类和人类两性问题的研究，在体外受精和体外培养条件下定可获得更辉煌的成果。意大利学者能使狗照预定的性别产生，推测是用电泳法分离精子的结果。
报上没有提佩氏企图用什么方法鉴定妊娠期间胎儿的性别，兹就近年的发展作简单的介绍：自从加拿大巴尔（1949）发现猫神经细胞的核有两性区别（雌猫神经细胞有卫星核仁，雄猫的无此）以来，已经发现人和很多动物的细胞如白血球，肌细胞、唾液内的细胞、皮肤细胞、甚至于癌瘤细胞等均有同样现象（雌性的细胞核在核膜内缘有一小块三角形的染色质），目前日本及英美等国已用到临床诊断上。在胚胎方面是从母体抽出羊水（羊水是飘浮胚胎的液体，有各种盐份、糖、糖蛋白、尿素和微量的各种氨基酸），用羊水里胎儿皮肤脱落的细胞来鉴定是男是女，另外也用来判断半雌雄的婴孩究竟原来应该是男还是女，了解后可以用激素使他或她的发育向正常转变。新近美国魏奇（1957）更进一步证明还没有性分化的人胚胎（三周），其心肌细胞已经有男女之别。有了这种早期判断性别的办法，更结合分离精子，体外受精及体外培养等方法，性的决定的研究将更为方便。
在医学教育上，作为促进人类健康、治疗疾病的医学工作者，必须对人体的结构和机能有全面的认识，人胚胎的发育规律就是其中的一部分。只有掌握人体的发育规律才有可能控制发育，提高医疗效果，更好地促进人体的健康。人如何在母体内从肉眼看不见的单个细胞，即卵子，发展到由亿万的细胞及非细胞物质，组成既有分工、又具整体性的组织严密的成体，也是我们所应了解的知识。
人体发育的知识到现在仍极片段，尤其是早期的发育，大部分是从动物试验得来的知识。这是因为人胚胎难得，只能通过流产或手术切除下来的材料进行一些片段的观察，积累一些资料，而在早期则不发生流产，也很小，看不见，所以了解得特别少。受精一星期以内的知识几乎是空白，只在近十几年才比较注意，有些零星的资料。教学上一般引用实验室小动物，如小家鼠、大家鼠、豚鼠、兔等材料来填补这一缺口。猴胚胎的发育和人更为相近，但是这些动物和人一样，都是哺乳类，都是胎生的，在母体内受精发育，不能进行直接观察，只能在不同时期杀掉，取出胚胎来研究，但这时已经不是原来的状态。正因为存在着这种限制，我们对于受精、人工授精的研究，主要是以鱼、蛙、鸟类等卵生动物为研究对象。因为它们在体外发育，我们可以改变发育的环境条件来摸清受精发育的机制，从而在鱼业、蚕业、家禽业等方面予以利用，而人工授精在畜牧业方面是一重要发展。在有些国家，为解决病人的要求，医生有时也在人身上应用人工授精法来达到妊娠的目的。虽然各种动物的受精、发育有一定的共同性，可以引用到医学教育中来，但动物和人终究有很多不同，我们还要争取用人胚胎来研究。人的材料并不是完全没有的，常因疾病要切除产卵的卵巢，受精所在的输卵管和胚胎生长的子宫，很可用来进行研究。实际上，也正是这些材料提供了研究的条件。近十几年来，不仅积累了较多的早期发育的资料，而且在体外受精和体外培养的实验方面也获得了显著成绩。
人胚胎早期标本是从外科手术材料中找到的，很长一段时间我们所掌握的资料最早的是交配后七天半，正在进入子宫壁的标本，此后还有九天十一天到二十一天，由于少，成为宝贵的标本，其材料也成为经典著作。一个月以后到二个月的发育，虽然也不是太多，因有人工流产的标本的积累，知道得较多，三个月以后更多一些，但因发育的关键已过去，所以注意得较少，故仍有许多问题须加研究观察。七天以前的发育情形是近十几年的新知识，通过外科材料保存并观察了一些未受精、正在受精和受精后开始的几次细胞分裂（卵裂）到形成球状的囊胚。又用同样的材料，少数学者进行体外受精，并在体外培养了几天，这样我们有机会从活的卵直接观察排卵（卵从卵巢放出，进入输卵管的过程），受精（精子进入卵子，这两细胞的核融合成为受精卵的细胞核）及卵裂（新生一代发育的开始，从一个细胞发展到由三十多个到六十多个细胞形成囊胚）等过程。也只有通过体外受精和培养，才有可能进行实验，了解发育的机制。
哺乳类的体外受精和体外培养早在十九世纪末叶就已开始。但直到本世纪四十年代还没有人卵受精和卵裂的知识，更谈不到体外受精和培养了。宾克斯等1939年发表，有30％人卵巢的卵可以用血清培养81／2—24小时后形成极体。这表明了通过体外培养可以使卵成熟。1944年英国汉密登从切除的输卵管洗出卵子，发现一个卵上附有许多精子，卵有分裂相；另有一个卵内有两个大小不同的核，这表明卵已受精，卵的细胞核和精子的头长大成为原核，这两原核融合成一个时是受精过程完成，新生一代建立的时候，接着将是第一次卵裂。以上结果表明，人卵也可以用血清在体外培养。
在这一基础上，美国孟金及劳克在1948年开始进行人卵的实验。他们从排卵期切除的卵巢和输卵管获得卵八百个，其中有一百三十八个进行了体外给以精子的观察，有三次得到卵裂。其中二例的卵已分裂成为2个细胞，一例是3个细胞。他们取得卵后用消毒劳克生理盐水洗三次，转入盛有3毫升同体血清的卡氏瓶培养，摄氏37．5度，保温二十七小时后，再用盐水洗，并放入数滴盐水洗过并经过离心机沉下来的精子，在室温观察受精现象后，再转入新的有人血清的卡氏瓶进行培养，411／2小时分裂成2个细胞。他们用同样方法取卵巢中等大（未成熟）的卵泡，给以培养受精，受精四十六小时，摄氏37．5度，形成3个细胞。因出现退化状态而停止培养。以上结果证明，人卵巢的卵可以在体外培养成熟后受精，受精后培养二天发育到3个细胞，但不能培养到更长的时间。这种方法的缺点在于操作过程繁琐，卵在室温时间太久，但他们用卡氏瓶培养比用载片好，空间和营养均较为充足。
美国谢特尔斯在1953、1955、1957、1958年从用手术切除的卵巢吸出或从输卵管洗出附有放射冠的卵子加以受精培养。培养液曾用卵泡液加输卵管匀浆数滴，后来改用血清加输卵管粘膜一小块，受精时另加精液数滴。输卵管物质使放射冠细胞疏松、脱落，以利受精和植入（囊胚从子宫腔进入子宫壁）。用相差显微镜进行细胞学观察，制成五彩照片。其主要收获是发现卵无吸引精子能力，但有高度的粘性，精子碰上就不能脱落，及多精子受精、全部精子进入卵子、输卵管液有松散放射冠的作用等受精的细胞学问题，过去的争论问题得到澄清。体外受精后培养30小时是2个细胞，一大一小，50小时是4个细胞，60小时是8个细胞。
苏联学者泼脱罗夫在1957、1958年从外科手术的卵巢和输卵管取得四十个人卵，用林格氏生理盐水加卵泡液加精液在摄氏38．5度温度下培养，主要结果如下：接触精子4小时后有很多精子进入卵周隙（卵子和透明带之间的腔隙，是因卵受精后排出液体形成的）和卵细胞质，接触精子后培养16小时，在受精过程中，可有三个原核，但在植物性极的一个不参加染色体的混合作用，20小时在第一次卵裂，20—30小时是2—3个细胞，细胞大小相等，各细胞并不同时分裂。1958年的结果是2小时已有多数精子进入卵内，24小时在第一次卵裂，26小时是3个细胞。泼脱罗夫的方法特点在于提高培养温度到摄氏38．5度，所以分裂较快。一般的培养温度是摄氏37度，孟金等为了仿照体内温度，用摄氏37．5度。在自然条件下，囊胚在七天半已有部分植入子宫壁，估计在第六天末开始植入，大约囊胚在第五天末或第六天初到达子宫。参考其他动物来看，人卵裂并不太快，一般哺乳类第一次分裂约在受精后24小时，八个细胞约在40—60小时，桑椹胚（16—32个细胞）期约在60—96小时。
上述各学者或用生理盐水加血清，或用卵泡液再加或不加输卵管液培养人卵，最长到第三天，最多分裂成八个细胞。除操作过程可能有缺点外，主要问题是营养和氧的供应问题。血清、泡液虽都有营养，但没有胚胎所需要的生长物质，及不同浓度的激素来进行进一步的发育。普通的组织培养是加胚胎提取液（生长物质）的。如果氧的供应不足，细胞增多后会发生呼吸困难。
意大利学者佩特鲁奇等三人也是用手术卵巢及输卵管得到的卵子，放在装有羊水的培养管内。在摄氏36度培养，用精液滴入有卵的羊水内受精，其特点是培养液通氧气、并用羊水。羊水量多，比较容易得到，可以常换，所以此卵泡液合用。他们试验成功的人体卵子体外受精，既然能够活二十九天，估计已超过8个细胞。但看来不会发育到正常二十九天的胚胎时期。因为二十九天的正常胚胎是6．5—7毫米长，已有脑、肢芽、原始的眼、体节，已经建立循环系统，并有心跳。羊水只通氧气，而不加激素和营养物质，发育到这样复杂结构是有困难的。
报上提到三位学者创造了一种防止受精卵死亡的特殊仪器——“生物摇篮”来培养的。什么是“生物摇篮”？这不是科学上的术语，而是形容其培养装置的通俗名称。当然，在自然发育过程中，母体及其子宫是“生物摇篮”，胎盘（胞衣的一部分）更为重要。在这里胚胎和母体进行物质交换。在体外培养的摇篮是保温箱和装胚胎的培养皿、卡氏瓶、或特别的试管。在这些玻璃器内的血浆、盐水、或羊水通氧气则好比胎盘，供应氧和营养，排除二氧化碳和尿素。这三位学者所用的容器可能是中性玻璃做的旋转管。
从培养三天进而到二十九天是很大的发展，如果能在营养及激素的供应、废物的排除等技术问题上进一步改进，当可培养更长的时间，使我们有可能对人胚胎的发育掌握更充分的知识，从而为完全体外培养到相当于分娩时的胎儿，控制性别及促进胎儿和母体的健康作出贡献。