2010年12月7日

不孕患者的希望之歌—試管嬰兒的漫漫長路

作者/曾啟瑞(台北醫學大學醫學院院長)

從兔子的人工受精到人類試管嬰兒, 40 多年的漫長旅途,愛德華茲終於在今年獲得諾貝爾生醫獎的榮耀。
神說,我們要照著我們的形像,按著我們的樣式造人,使他們管理海裡的魚、空中的鳥、地上的牲畜,和全地、並地上所爬的一切昆蟲。神就照著自己的形像造人,乃是照著他的形像造男造女。」(摘自《創世紀》1:26-27)

自古以來,傳宗接代以延續繼起之生命一直為人類的社會所重視,而在此同時,大約有十分之一的夫妻正為不孕症所苦,直到1978 年,一項偉大的研究替這些求子若渴的夫妻帶來曙光。本年度的諾貝爾生醫獎,頒給了英國學者羅伯特‧愛德華茲(Robert Edwards)——他創立了人類「試管嬰兒胚胎植入」(in vitro fertilization)方法,並成功地讓全球第一例試管嬰兒順利誕生。

最初的動物實驗最早在1880 年,美國科學家申克(S. L. Schenk)便開始嘗試研究哺乳動物的體外受精,但技術尚未成熟。直到1930 年代,另一位美國生物學家平克斯(G. G. Pincus)著手研究兔子的卵子成熟週期,並成功地達成兔子的人工受精。當時他們認為同樣的方式應該也可以運用在人類身上,因而影響後續學者應用類似的方式製造試管嬰兒,結果卻都失敗了。直到1959 年,華裔科學家張明覺(M. C. Chang)完成世界上最早的哺乳動物體外受精,並培養出第一個試管動物——兔子。

1952 年,愛德華茲結束二次世界大戰的軍旅生涯,接連在英國班格(Bengor)的威爾斯大學(University of Wales)以及蘇格蘭的愛丁堡大學(Edinburgh University)攻讀博士學位。他致力於研究鼠類的胚胎發育過程,嘗試進行老鼠的人工授精,進而研究鼠類胚胎的染色體變化。然而老鼠排卵時間常在半夜,所以為了等待排卵的時刻,愛德華茲必須整晚待在實驗室;要改善這樣的情況,就必須想辦法控制老鼠的排卵週期。

此時,來自美國的學者蓋茲(A. Gates)發現,注射從懷孕母馬血中萃取的促濾泡成熟激素(follicle stimulating hormone, FSH)以及人類絨毛膜性腺激素(human chorionic gonadotropin, hCG)可以誘導老鼠排卵。這對愛德華茲而言無疑是項福音,之後愛德華茲便與當時研究老鼠生長激素的學者福勒(R. Fowler,後來成為他的夫人),成功地發展出誘導老鼠排卵與胚胎植入的方法。這項發現激起愛德華茲對於生殖醫學的興趣,並讓他聯想到運用在綿羊甚至人的身上。

人類卵子體外培養

1958年,愛德華茲成為倫敦英國國家醫學研究所(National Institute for Medical Research)的正規科學家,並專心致力於研究人類受孕變化。但要怎樣才能取得人類的卵子呢?愛德華茲與一位埃奇韋爾綜合醫院(Edgware General Hospital)的婦產科醫師羅斯(M. Rose)合作,在多發性卵巢症候群(polycystic ovary syndrome)病人進行部分卵巢切除手術的同時,取得一小部分病人的卵巢切片來萃取卵子,開啟愛德華茲與臨床醫師合作的第一步。然而最初兩年,他試著利用體外培養讓卵子成熟,但都失敗了。後來愛德華茲發現,人類卵子成熟時間與兔子截然不同,證實當時平克斯理論錯誤之處。

經長期觀察愛德華茲得到一個結論:人類排卵的時間點,在黃體激素(leuteinising hormone, LH)大量釋放或者是注射人類絨毛膜性腺激素後37 小時發生。在觀察以及體外培養卵子有了進一步的心得後,愛德華茲開始研究體外受精方法。那時正值張明覺第一隻試管動物成功誕生,藉其經驗,愛德華茲有了一些概念。他甚至設計一種方法來研究人類精子的活動能力:在一個內襯含有微孔內膜的小腔室裝滿精子,然後將其置入正好在排卵期的婦女子宮內,隔夜後觀察其變化;但後來發現受精失敗,甚至還因為這些小腔室造成婦女子宮內膜的發炎反應。

之後,愛德華茲到劍橋大學任教,偶然地在《刺胳針》(The Lancet)期刊上讀到一篇由派屈克‧史泰普托醫師(Patrick C. Steptoe)發表的腹腔鏡(laparoscopy)研究文章。史泰普托醫師發現,藉由腹腔鏡可以執行某些卵巢輸卵管的手術並觀察人體內各器官的情形。愛德華茲認為這樣的手術應該可以運用在擷取卵巢的組織上,甚至可以在排卵前從卵巢濾泡中取出卵子,於是他很快地聯絡上史泰普托並展開合作。幸運地,這些取出的卵子在經過培養後,成功地與離心過的精子達成體外受精!這無疑是一項成功又令人雀躍的事情,讓愛德華茲離臨床上治療不孕症患者更進一步。

瓶 頸

完成體外受精後,下一個課題便是受精卵是否能成功分裂發育成胚胎。利用不同的培養基,愛德華茲等人觀察到受精卵分裂成4細胞、8細胞、16細胞及桑椹胚的變化,甚至在第九天時,觀察到囊胚產生「孵化」(hatching)的動作,脫離卵子的卵膜(zona pellucida ,亦稱為透明帶)開始著床。有了這些發現,愛德華茲開始著手下一步驟——把胚胎置入子宮並成功讓婦女懷孕。【更詳細的內容,請參閱第492期科學月刊】

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