甯永鑫
二、胚胎幹細胞(Embryonic Stem Cells, ES Cells)
當接合子發育成囊胚(Blastocyst)時,代表兩層不同型態細胞群的產生:胚體層(Embryoblast)細胞和滋養層(Trophoblast)細胞。胚體層是位於囊胚中央的內細胞團塊(Inner Cell Mass),未來將發育成胚胎本身。滋養層由囊胚外表的牆狀外細胞團塊(Outer Cell Mass)組成,此層將構成部分的胎盤。[2]在胚胎著床作用(Implantation)期間,內細胞團塊也同時分裂與發育並迅速地形成一種雙層構造,稱之為雙層胚板(Bilaminar Embryonic Disc)。雙層胚板由外胚葉(Epiblast)與內胚葉(Hypoblast)所組成。在第三週時雙層胚板將發育成為胚胎的三個胚層,分別為:外胚層(Ectoerm)、中胚層(Mesoderm)及內胚層(Endoderm)。從受精後第四週至第八週這三個胚層將分化及發育成胚胎(人體)中各種不同的組織(如皮膚、骨骼、毛髮…)及器官(心臟、腎臟…)。[3]
圖二:人體發育過程︰ 受精 卵裂 受精後72小時 受精後5-7天 精子+卵子 → 接合子 → 卵裂球 → 桑椹胚 → 囊胚 滋養層→ 胎盤及胎兒附屬架構 ↗ 囊胚 ↘ 內胚層 消化道、呼吸道上皮和腺體、肝、膽、胰等 ↗ 內細胞團 → 中胚層 結締組織、血液、肌肉、骨骼、泌尿生殖系統等 ↘ 外胚層 體表架構、神經系統等 |
胚胎幹細胞就是從囊胚內尚未分化的內細胞團中所取得的一種幹細胞,它們是豐富潛能性(Pluripotent)的,意即它們能發育成超過200種以上不同功能的成熟細胞型態(如血液細胞、心臟細胞、腦細胞等等);在技術上胚胎幹細胞是不死的,因為它們能無限期的複製(Replicate)下去。然而,目前科學界尚未對胚胎幹細胞的複製(Replication)及分化(Differentiation)建立有效的控制機制,意謂著現階段若使用胚胎幹細胞修補心臟破損,很有可能長出的是毛髮或骨骼,而非心肌組織。同時,由於胚胎幹細胞的特性與惡性腫瘤細胞十分類似(癌細胞能夠無盡生存和繁殖、入侵鄰近組織和轉移到身體其他部位的能力),一旦胚胎幹細胞的自我調控機制失靈,很可能會發生癌化,也就是轉變成惡性腫瘤。因此,現階段胚胎幹細胞根本無法進入人體實驗的階段,更遑論臨床醫療價值了。
目前取得胚胎幹細胞的胚胎來源有四種,分別為:(1)以體外受精(In Vitro Fertilization, IVF)方式製造,在實施不孕症治療(人工生殖)後,剩餘得銷毀之人類胚胎。(2)純為研究目的而以體外受精(IVF)方式所製造的人類胚胎。(3)以體細胞核轉移(SCNT),即一般所說的複製或無性生殖技術,所製造的人類胚胎。(4)以體細胞核轉移(Somatic Cell Nuclear Transfer, SCNT)或其它嵌合技術所製造的人獸混合胚胎。按照衛生署「胚胎及胚胎幹細胞研究條例草案」的內容,除了禁止以體外受精方式製造研究用人類胚胎外(第二種),其餘三種方式皆可使用!
一般而言,為研究目的所使用的胚胎幹細胞,是從非複製囊胚(Uncloned Blastocysts)中取得,最常見的是來自IVF診所中「剩餘」的胚胎。實驗室人員先將囊胚期胚胎外表的牆狀外細胞團塊(Outer Cell Mass)以外力破壞,取得位於囊胚中央的胚胎幹細胞,接著置入培養皿中培育成胚胎幹細胞株(ES Cell Line),建立胚胎幹細胞株後,即可繼續培育以得到更多的胚胎幹細胞,好作為各種實驗的材料來源。然而,在取得胚胎幹細胞的同時,該胚胎(囊胚)也將遭破壞,換言之,為了得到大量的胚胎幹細胞以供實驗,數量龐大的生命將被犧牲掉。
圖三
上述取自於人工生殖後「剩餘胚胎」中的胚胎幹細胞,已被大量植入實驗動物體內進行各種研究;但是,如果將其植入人類病患體內,會與傳統器官移植手術一樣,發生排斥的機率相當高。而解決排斥作用的最好方法,就是所移植的幹細胞必須與接受移植病患的基因組合相同(Genetically Identical);困難的是,病患本身可能並沒有能供自體移植(Autologous)的幹細胞,因此,體細胞核轉植(SCNT)技術提供了可能的解決方法,因為胚胎幹細胞能由將複製病患後,所製造出的囊胚中取得,所以在基因組合上與病患完全相同,這種技術即所謂的「醫療性」[4]複製。
其方法是使用IVF療程中剩餘的、或其他捐贈人的卵子,將其細胞核去除後,植入患者自體細胞的細胞核,經電擊激活後製造出一個與病患基因組合相同的(Genetically Identical)複製胚胎,培養後,從囊胚中的內細胞團取得胚胎幹細胞。然而,與「剩餘胚胎」的命運一樣,在取得胚胎幹細胞的同時,該複製胚胎也將被殺死。簡言之,整個「醫療性」複製程序的目的是培養一個複製胚胎,使其成為供應胚胎幹細胞的來源,但是並不允許這新個體繼續存活及發育。
事情還沒有結束,由於法令的限制與取得的不易,IVF診所中「剩餘」的胚胎及卵子(提供體細胞核轉植使用),在數量上並不能夠滿足研究機構的需求,因此一些研究人員開始使用可大量取得的動物卵子作為實驗材料,以取得胚胎幹細胞。在這些以「人獸混合胚胎」作為胚胎幹細胞來源的實驗中,科學家們嘗試使用複製技術(體細胞核轉植,SCNT)將來自不同物種的材料(Material)結合以形成單一細胞(接合子)。
當然,人獸混種胚胎的製造引起許多倫理上的問題;但是,一些屬於私人生物技術公司的科學家,仍然運用體細胞核轉植技術將人類體細胞核與去核的牛卵子融合,結果僅有一個混種胚胎存活,並發育至16細胞期胚胎。在DNA檢測後,發現在該人牛混種胚胎體內,有99%的人類DNA來自供核者,1%的牛類DNA則來自牛卵子中的粒線體(Mitochondria)。[5]
在2003年,中國科學家宣稱他們成功的將人類皮膚細胞核,轉植入紐西蘭兔的去核卵子中,並製造出上百個人兔混種胚胎,在培育數日後將其銷毀。研究者聲稱運用此技術能從該混種胚胎中獲得人類胚胎幹細胞,進而培育成異種器官移植(Xenotransplantation)上可利用的細胞、組織,甚至器官。[6]雖然此研究結果尚未獲得科學界的證實,但已引起許多重要的爭議:如果類似實驗被允許繼續進行,科學家們將會創造出許多「人獸嵌合體」(Human-Animal Chimera),我們將無法知道這些嵌合體將是人類、動物或是一個「新物種」(New Species)。
(未完待續)
[2] Keith L. Moore and T.V.N. Persaud, The Developing Human: Clinically Oriented Embryology,7th ed., (Philadelphia: Saunders, 2003 ), 2, 33; William J. Larsen, Human Embryology, 3rd ed., (New York: Churchill Livingstone, 2001), 20; Linda J. Heffner, Human Reproduction: at a Glance, (Boston: Blackwell Science Ltd., 2001),, 45.
[3] Moore, The Developing Human 39-44, 51; Larsen, Human Embryology, 37-44; Heffner, Human Reproduction,45-46.
[4]事實上,並無所謂「生殖性」複製(Reproductive Cloning)或「醫療性」複製(Therapeutic Cloning)之分,唯一的不同是將所製造出的胚胎植入母體,使其發育成人;或者是在實驗時破壞或在實驗後將其銷毀。
[5] Jose B. Cibelli, Ann A. Kiessling, Kerrianne Cunniff, Charlotte Richards, Robert P. Lanza, and Michael D. West, “Somatic Cell Nuclear Transfer in Humans: Pronuclear and Early Embryonic Development”, in e-biomed: The Journal of Regenerative Medicine, 2001, Vol. 2, 25-31, http://www.bedfordresearch.org/articles/cibelli_jregenmed.pdf; also see Robert P. Lanza, Jose B. Cibelli, and Michael D. West, “Human therapeutic cloning”, in Nature Medicine, 1999, Vol.2, 975- 977. (The discussion of benefits of cow-human interspecies nuclear transfer research).
[6] Ying Chen et. al., “Embryonic Stem Cells Generated by Nuclear Transfer of Human Somatic Nuclei into Rabbit Oocytes”, http://www.cell-research.com/20034/251.htm , also see: Rick Weiss, “Cloning Yields Human-Rabbit Hybrid Embryo”, in Washington Post, Aug. 14, 2003, http://www.mindfully.org/GE/2003/Human-Rabbit-Clone-Embryo14aug03.htm; Xue-Qing You and Li-Zi Zhang, “The dispute of Human-Rabbit Hybrids”, in Science & Technology Daily , Sep. 21,2003, http://www.people.com.cn/GB/keji/1056/2024555.html .