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从第一代到第四代!揭秘试管婴儿技术的发展历程

不育是影响家庭与社会和谐的世界性问题,全世界大约有10%-20%的育龄夫妇患有不同类型的不育症,试管婴儿技术为很多不育症患者孕育新生命提供了可能,现在试管婴儿技术在我国越来越普及。试管婴儿技术是指用试管或培养基代替输卵管——为受精过程提供场所,“试管婴儿”因此而得名。目前,试管婴儿技术已经发展至第四代,但是四代技术之间并非存在新一代替换老一代的关系,而是每一代技术致力于解决不同的生育难题。所以,患者可以根据自身的情况选择不同的试管婴儿技术来实现生育目的。

试管婴儿可帮助不孕不育家庭助孕

试管婴儿技术是不孕不育家庭的救星

1978年,世界上第一位试管婴儿诞生在英国医生罗伯特·爱德华兹手中,但早在1962年,华裔生物学家张明觉就已经以兔子为实验对象完成了哺乳动物的体外受精过程。

世界上首位试管婴儿

路易斯是全球首位试管婴儿

在这个实验的启发下,罗伯特·爱德华兹开始以其他动物为对象继续实验也,取得了一系列的成功,这促使他尝试进行人类体外受精的实验,并以此为基础发展了第一代试管婴儿技术。

2010年,罗伯特·爱德华兹因此项研究获得了诺贝尔生理学或医学奖,试管婴儿技术得到了肯定。

第一代试管婴儿技术即体外受精联合胚胎移植技术(加vitro fertilization andembryo transfer, IVF-ET),该技术的实现大致可归纳为以下五个步骤:超排卵一精子和卵子的采集一体外受精一胚胎的体外培养一胚胎移植到子宫内继续发育。

  • 世界上第一位试管婴儿初始的卵母细胞是在自然排卵周期内进行采集的,但自然排卵存在很多弊端,如收获的卵子少以及因患者生理或心理原因导致排卵周期不准确而难以采集等。

因此,后来人们多采用药物刺激卵巢超排卵,以突破自然周期的限制获得更多卵子,提高试管婴儿的成功率。采集到精子与卵子后,在体外受精之前,还需要视卵子与精子的成熟情况对其进行不同时长的前孵育,以便提高受精率与卵裂率。

第一代试管婴儿流程图

助孕家庭做试管的流程

体外受精需在模拟输卵管环境的试管或培养基中进行,受精后需要将受精卵在试管中培养一段时间,一般在受精卵分裂为2至4个细胞时,就可以进行胚胎的移植。第一代试管婴儿技术主要解决了由女性输卵管堵塞、子宫内膜异位症以及多囊卵巢综合征等引起的器质性不育问题。

  • 截至2012年,全球已有数十万个此类试管婴儿顺利降生,IVF - ET的成功率也提高到了喜人的50%。值得注意的是,成功率会随着妇女年龄的增长而下降。

第一代试管婴儿技术并不完善,超排卵虽然增加了卵子采获数,但会提高多胎妊娠率,对产妇而言,易引起产妇产后出血、妊娠糖尿病等并发症,从胎儿的角度看,会导致胎儿的存活率下降,病死率和致畸率不同程度的提高

在社会层面,人口增长速度可能因此加快,家庭的经济负担加重,势必影响下一代的教育,进一步导致人口素质的下降。通过减胎术可以减少多胎妊娠的发生,但仍然无法规避减胎手术本身具有的风险,减胎术的进行也可能会影响剩余胎儿的发育,甚至导致试管婴儿的失败。此外,第一代试管婴儿技术对精子质量有较高要求,这就无法满足精子质量低下患者的需求。

第二代试管婴儿技术又名胞质内单精子显微注射技术(intracytoplamic sperm injection, ICSI),它致力于攻克男性的生殖障碍。该技术是建立在第一代试管婴儿技术基础之上的,主要区别在于进行体外受精的方法。

第二代试管婴儿技术需要在显微镜下将成熟卵细胞固定住,然后利用微量加样器刺穿卵细胞膜将精子释放于卵子的胞质内,也就是以人工注射代替精卵的自然结合,因此可克服由男性精子质量不佳、数量不足或梗阻性无精症等引起的生殖问题,同时可避免多精受精现象的发生。

第二代试管针对的是男性

男性不育症可通过二代试管助孕

胞质内单精子注射技术解决了自然受精失败的问题,提高了 IVF-ET的成功率,对于不育的男性群体而言具有里程碑的意义。但该技术的主要问题在于,由于跳过了精卵结合必经的竞争过程,未经自然选择的精子结合形成的受精卵可能会把不良基因传给下一代。

  • 为了解决这个问题,又衍生出精子-透明质酸结合分析技术(PICSI),该技术是将精子与透明质酸水凝胶微滴共同置于培养皿上,选取与微滴相结合的精子作为试管婴儿的材料因透明质酸是卵细胞凝胶层的主要成分,所以能主动与微滴结合的精子更为健康成熟。

研究表明,与ICSI比较,PICSI的流产率明显降低,但在足月活产率上,两者并无显著差异。此外,显微注射操作将外源性物质注入卵细胞,过程中会因操作技术的高低对纺锤体等细胞结构产生不同程度的破坏,影响后续胚胎的分化及发育叫可见,第二代试管婴儿技术在保障胚胎质量方面尚存在缺陷。

对一些有严重遗传病或染色体异常的夫妇来说,后代出现畸形或先天性愚型的概率大大增加。为了解决这些问题,在辅助生殖手段的基础上产生了第三代试管婴儿技术,即胚胎移植前的遗传学诊断(preimplantation genetic diagnosis,PGD)技术。

PGD技术是根据现代分子生物学原理,利用基因组扩增以及原位杂交等技术,对体外受精获得的胚胎进行遗传学分析,实现胚胎在植入前的质量检查。PGD技术主要分为两个步骤:活体组织检查和遗传诊断。活体组织检查是指取极体、卵裂球细胞或囊胚的滋养层细胞作为胚胎代表,等待遗传诊断。

第三代试管婴儿针对基因疾病

基因疾病可通过二代试管技术助孕

  • 遗传诊断手段主要包括:聚合酶链式反应(PCR)及其相关技术、荧光原位杂交(FISH)、全基因组扩增(WGA)、微阵列比较基因组杂交(airay-CGH)、单核昔酸多态性微阵列(SNP-array)以及新一代测序技术(NGS)等。

这些技术各有千秋,适用于检测不同类型的遗传疾病,例如PCR及其相关技术、WGA技术适用于单基因遗传病的诊断,FISH技术、array-CGH适用于染色体异常的诊断,SNP-airay、NGS技术则通用于诊断上述两类遗传疾病。

技术优势
  • 1、可以把遗传性疾病控制在早期胚胎阶段,避免孕妇在妊娠期才发现问题胎儿;
  • 2、可避免实施减胎术更符合伦理学的基本原则;
  • 3、可防止早期产前检查如羊膜腔穿刺、胎儿脐带穿刺造成的出血和宫腔感染等情况的发生。

PGD技术在临床应用时也存在一些问题。首先,对胚胎进行遗传学检测时可能会存在误诊的情况,PGD技术对胚胎的质量无法起到绝对的保障作用;其次,通过不断改进基因技术,人类有可能通过筛选当时认为的所谓“优良”基因来定向生育后代,使基因种类趋向单一,长此以往必将减少人类基因的多样性,从而影响人类自身进化的方向和速度;此外,PGD技术的进一步发展能否采用基因编辑技术来修改具有某种遗传缺陷胚胎的基因?这些显然都是需要人类认真考虑的问题。

第四代试管婴儿技术即为卵浆置换(germinalvesicle transfer, GVT)技术。该技术的主要方法是:首先取得女性的卵细胞核,并将其移植入优质的去核卵细胞内,使两者重组成活力较强的卵细胞;重组的卵细胞在体外受精形成胚胎后移植入母体子宫,并完成后续发育。

该技术主要适用于一些年龄偏大、卵子质量不佳的女性或卵子老化的年轻女性。这部分女性尚具备排卵功能,但因身体不好或年龄偏大导致卵子活力低下,常常会出现卵子不受精或重复受精、卵细胞受精后不分裂、分裂异常等情况,利用以往的试管婴儿技术通常很难获得正常胚胎,通过与优质卵子进行卵核置换,能显著提高大龄女性的受孕几率。理论上,只要女性具备排卵能力,其生育年龄将不再受限。

第四代试管婴儿技术存争议

第四代试管暂不用于临床

第四代试管婴儿技术存在的问题是:虽然重组卵子携带的基因主要来自卵细胞核,其胞质内的遗传基因占比不到1%,但我们仍无法忽略它的存在,这就使胎儿的基因实际上来自“三亲”。

此外,除了卵子质量不佳、活力低下之外,提供卵细胞核的高龄母亲身体状况往往不适合怀孕,从而产生“代孕”母亲,这些情况会引发难以应对的复杂的社会、伦理、道德和法律问题:一个家庭内可能出现多父多母的现象,甚至一名婴儿最多可以有四位母亲,包括提供卵细胞核的遗传学母亲、提供卵细胞质的母亲、代孕的母亲及抚养的母亲,这对目前以血缘关系为纽带的家庭和以家庭为单位的社会都是一种新的挑战。基于此,我国政府明令禁止使用卵浆置换技术。

Tips:

回顾这40多年来的发展历程,试管婴儿技术在巨大的争议中产生和逐渐发展,从第一代到第四代分别针对不同的生育困难进行突破,扩大了人类辅助生殖技术的适用范围,造福了千家万户,得到了社会的广泛认可,为众多不育夫妇带来了享受天伦之乐的希望,使疾病与年龄不再成为生育的障碍,促进了人类的优生优育。试管婴儿技术在不育症临床治疗以及遗传病预防方面的应用价值和潜力都是巨大的。

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