你是否设想过：在未来，人类不再依赖子宫孕育生命，而胚胎会被放在一个透明的体外容器中温养，只消等待一段时间，一个崭新的生命将诞生于世。
——如此科幻的画面曾一度只会在科幻电影中出现，但现实告诉我们，它还能更神奇。
近日，以色列魏茨曼科学研究所的 Jacob H. Hanna 团队成功实现“无中生有”，研究人员在不使用精子、卵子的情况下，利用干细胞培养出了世界首例合成胚胎（sEmbryos），随后这个胚胎还被置于“人造子宫”中生长发育，后期甚至能观测到大脑发育、心脏跳动。
△无需自然胚胎，科学家利用干细胞自组装高级合成胚胎
这个堪称奇迹的研究[1]目前已被国际期刊《Cell》收录，并于2022年8月正式发布。
01无中生有
以色列团队成功合成胚胎
全球生育率都在下降，这是不争的事实。
医学期刊《柳叶刀》就在2020年发出警示[2]：按照如今的趋势，日本、泰国、西班牙等23个国家人口将在80年后遭遇“腰斩”，中国虽不在其列，却也被预估人口将回落至7.3亿（下降大约48%）。
△1990-2100年的全球人口趋势，预计到2100年全球人口将回落至88亿
造成这种结果的原因是多重的，就以孕育生命这个阶段来说，巨大的时间成本会影响女性的事业发展，再加上分娩时的痛苦与危险，种种问题让年轻人的生育意愿一再降低，“人造子宫”的研究正是在这样的背景下开始飞跃的。
2021年，Jacob H. Hanna教授团队就宣布成功研发“机器子宫”[3]，这是一种能够让小鼠胚胎实现宫外培养的机械平台，使得胚胎能够从原肠胚形成前（胚胎日（E）5.5）发育到后肢形成阶段（E11）。大约完成了小鼠妊娠期的三分之一。
△该培养系统引入各种胚胎扰动和显微操作，其结果可在子宫内追踪长达6天
据组织学、分子学和单细胞RNA测序分析证实，在体外平台中培养的胚胎可精确再现子宫内的发育过程。这对于研究胚胎发育极具价值，但Jacob H. Hanna教授团队并没有止步于这个结果。
长期以来，人类都想探索体外培养的干细胞能否独立地形成整个的原肠胚样结构，“机器子宫”的出现让科学家得以直面这项难题。
这一次，Jacob H. Hanna教授直接绕过了自然胚胎，试图仅通过原始胚胎干细胞（naïve ESCs）来生成小鼠胚胎。
△实验图形概要
在实验前期，研究者首先进行了DOX预处理，在第3天时细胞由聚合基质转移至培养板，而也是从这一天开始，聚集物开始发光发生，形成外层细胞层。
第4天时，聚集物的形态与E5.5胚胎相似，明显分离为外胚层(Epi)和胚外胚层(ExE)，外胚层被一层内脏内胚层(VE)细胞包围。
到了第5天，细胞团形成卵圆柱状，并被转移至“机器子宫”中旋转培养。
第6天后，胚胎达到神经板期，羊膜皱襞融合形成羊膜(Am)，产生羊膜腔(AC)和外体腔(EC)，可以观察到早期的尿囊芽(AB)。
△sEmbryo (eTSC) 生成和培养方案示意图
到第8天，胚胎的形态已经与子宫内发育的自然胚胎（E8.5）相似，血液开始在卵黄囊血管内循环，胚胎显示出良好的头褶、神经管，甚至可见跳动的心脏。更重要的是，通过分析合成胚胎在不同组织中的基因表达模式，研究人员发现它们与天然状态下的胚胎高度相似。
△天然胚胎（左）与合成胚胎的对比
尽管奇迹在第9天时中断—此时胚胎会出现异常增大并伴有严重心包积液的情况，但对于Jacob H. Hanna教授的科研团队而言，八天的研究结果已经弥足珍贵。
这项实验首次证实：无需自然胚胎，仅凭小鼠naïve ESC就能产生滋养细胞来源的胚外腔室。
△第8天合成胚胎中表达的组织特异性标记的整体免疫染色图像显示外胚层 (Sox2、Otx2、Pax6)、中胚层 (MHC-II、Brachyury) 和内胚层 (Gata4) 谱系标记的正确表达
其次，透明的人造子宫允许人类实时观察细胞的发育状态。所以尽管合成的整个胚状体与胚胎并不完全相同，但它们仍可能被用作早期发育胚胎学研究，或模拟人类发育畸形中尚未探索阶段的模型。
维也纳科学院分子生物技术研究所的干细胞生物学家 Nicolas Rivron 就评论道：“这将极大地完善组织和器官形成的路线图，它将教会我们最基本的结构，以及最终形成完整器官所必需的最小元素，单单这些就是无价的。”
02 全自动3D打印
合成胚胎的未来在哪里？
这项研究经《Cell》刊载后便掀起全球热议，然而，在感慨科幻走进现实的声音中，还有一部分人对这项技术的未来表示担忧，若今后真能合成人类胚胎并应用于孕育工程，势必会触及伦理道德的底线，对现有的社会关系、家庭结构造成巨大的冲击。
但事实上，现在谈这些还为时过早。就目前而言，“合成胚胎”和“人造子宫”只完成了8.5天的孕育任务，还不足小鼠妊娠期的一半，更遑论完成更复杂的人类孕育。而随着科技的发展，就算真有人要触及禁区，法律也不会坐视不理。
那么这项实验的意义就仅限于了解发育过程吗？
Hanna教授提出：“胚胎是最好的器官制造机器和3D生物打印机。”这种合成细胞未来或许可以成为可靠的器官移植来源。
试想一下，当病患需要移植器官时，只需从身体上取出一些细胞，科学家先将其诱导为干细胞，随后放置于“人造子宫”中培养，就能自动生成一个完整器官。移植器官就像更换”零件”一样简单。
△日本大学利用干细胞成功培育出“迷你心脏”
而这个梦想并非触不可及。目前已经有不少科学家尝试基于间充质干细胞、iPS细胞来打印人体器官，并已完成肝脏、肾脏、心脏和胰腺等复杂器官的初步打印。虽然距离生成完整的器官仍有一段距离，但科学家一直坚定地走在探索的路上。
