「人工子宮」如何讓早產小羊在體外發育?

研究團隊藉由克服工程學、生物學、以及技術上等難題,如今終於打造出更好的人工子宮。這種人工子宮外觀為一個充滿液體的袋子,稱之為生物袋(biobag),讓早產的小羊在這裡待上四個禮拜,使其成長能更為成熟。雖然目前已有其他研究團隊設計過類似系統,但這次研究展示的成果,相對來得更為簡單直接。

研究團隊藉由發展生物袋(biobag)裝置,讓早產的小羊得以待在內部繼續成長。圖 / Children’s Hospital of Philadelphia

這種生物袋的裝置,主要為透過管子,以便達到人工羊水的傳輸作用。雖然目前實驗尚未達到完美,且相關人類試驗還需等上一段時間,但對於該研究的新進展,對於許多孕婦及早產的嬰兒來說,仍是一道希望的曙光。

目前在美國以及歐洲,一年有約九萬個早產兒[1]出生,而其中只有約10%到50%的存活率;除此之外,早產兒可能會面臨高風險的腦部傷害、肺部疾病及其他嚴重的併發症。雖然目前有一些科技可以幫助早產胎兒存活,例如人工呼吸器,但這同時也會傷到他們,例如他們脆弱的肺可能難以承受,並影響肺部的正常發展。另外在過去,研究人員也試圖發展人工子宮的技術,但這之間仍存在著缺點,例如藉由額外幫浦來推動血液,並由充氧器(oxygenator)達到氣體交換,但這可能會導致嬰兒的血液流動不平衡,進而影響身體機能。

  • 註1:早產兒係指懷孕週數滿20週,但未滿37週即生產之胎兒

  • 影片中展示早產的小羊如何在生物袋內存活,並逐漸成長。

而時至今日,來自美國費城兒童醫院的研究團隊在《自然傳播》期刊上發表了有關人工子宮的新研究,而這研究過程經歷了無數次的修正與改良。在研究人員第一次研究該實驗時,將出生前的小羊浸在含有電解液的人工羊水內,並將動物與充氧器進行連接。研究的目的在於了解,透過這樣的環境是否能讓小羊存活。這個策略後來達到了意料之外的成功,動物共存活了108小時;可惜的是,由於敗毒症及其他併發症的因素,導致這些小羊最後無法繼續存活;而這也意味著,該研究仍有待加強之處。

經過一個月,團隊人員改善了原先的方法,他們發現交換(exchange)羊水的方式優於原先實行再循環(recirculating)的模式,並透過密封系統達到對外界的阻隔,接著透過臍帶連接小羊與氣體交換器,藉由牠自身的心臟來驅使血液及氧的循環。這種方式便有助於維持血壓及其他生理機能的穩定。

透過密封系統達到對外界的阻隔,接著透過臍帶連接小羊與氣體交換器,藉由牠自身的心臟來驅使血液及氧的循環。圖 / Nature Communications

經過了四個星期,將小羊從生物袋取出觀察後發現,雖然胎兒仍有一些輕微的併發症,但總體上來說,成果是不錯的。而這些完成動物試驗的小羊,除了部分被犧牲用來研究人工子宮如何影響胎兒成長外,剩下的小羊至今已存活一年多。研究團隊預計大約在三年後,就可以開始進行相關人體試驗。那麼是否能讓胎兒一開始就在人工子宮內成長?研究團隊主持人Flake表示,他的目標在於幫助那些早產的胎兒,所以並無法提供嬰兒早期發展的部分。

左圖為在生物袋中第四天的小羊,右邊的小羊與左圖為同一隻,並經歷了四週的成長。圖 / Nature Communications

目前這個研究仍有許多不確定性,例如胎兒在人工子宮內將如何面臨傳染疾病,抑或是這種新技術對嬰兒可能造成的長期影響。因此,在往後臨床試驗中,便需追蹤胎兒生理狀況一段時間,甚至好幾年,以確保我們不只是提高嬰兒的存活率,更可避免不必要的健康問題。

參考資料:

 


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