人工生物袋讓早產的羔羊在體外持續發育

【本刊訊】胎兒在出生前處在母體的子宮中,由胎盤提供營養和氧氣,且環境中富含羊水,讓胎兒能透過漂浮在子宮中,阻擋外面的干擾,逐漸長大,一般嬰兒須待在母體時間為37週。早產兒,除了在體型相較於一般嬰兒較為嬌小外,可能還會伴隨著腦部、肺部、腸胃道等器官發育不全而造成腦部麻痺、呼吸困難與腸胃壞死等疾病產生,大大的增加早產新生兒的死亡機率。

雖然目前的技術能夠透過保溫箱的方式讓早產的嬰兒能夠在恆溫的環境慢慢長大,但是在美國與歐洲每年還是有9萬個早產兒出生後遭到嚴重的生命的挑戰,主要為大腦與肺部的疾病,能夠存活的機率也約只有10~50%。

過去,也有不少研究人員試圖開發出能模仿生殖環境的人造子宮,不過因為這些儀器是依靠外部幫浦,將血液透過氧氣迴路進行來氣體交換,但是由於外部的過度干預則會反過來導致胎兒血液流動失衡並造成心力衰竭。此外,在外部的機械幫忙下也可能會破壞早產兒脆弱的肺部或停止肺部發育。

有鑑於此,為了找到一個能提高早期早產兒存活率且更像母親子宮、較柔軟的環境,賓夕法尼亞州費城兒童醫院(Children's Hospital of Philadelphia , CHOP)的研究人員模擬了母體內環境,提供了一個密封下的生物袋(biobag),在袋中提供人工羊水,並適時進行交換,已成功地讓早期的羔羊在裡面存活4週。

研究人員將8隻早產、年齡為110天,相當於人類年齡23~24週大的羔羊,為了防止外來的壓力會傷害到生物袋中的羔羊,因此,生物袋不使用幫浦來進行氧氣、血液循環,而是將羔羊的臍帶血連接到含氧血(oxygenation of the blood)的循環系統,並透過胎兒本身的心臟驅動整個循環,並且在袋中放入模擬母體的人工羊水,讓羔羊在富含液體的密閉系統中生長。

比起他們先前的第一次嘗試羔羊只存活了108小時就引發敗血症及其他的炎症,透過不斷的改良人工羊水的條件下,這次的實驗則成功的讓羔羊在生物袋裡面培養了4週,4週後將這些羔羊從生物袋取出,並使用人工呼吸器接替生長,雖然有引發些微肺部炎症,但存活狀況良好。

而目前有些羔羊已被犧牲進行解剖,來觀察這人工子宮孕育是否影響其發育,而活下來的羔羊有些已斷奶、最長的則已經超過1歲了。目前研究人員也積極的申請,希望能在3年後進行人體試驗。不過,研究人員也強調,這個實驗不是為了要發展成完全的體外人工子宮生長,而是為了幫助已出生的早產兒,讓尚未發育的器官再生長,以提升其生存能力。

Jennifer Couzin-Frankel, Fluid-filled ‘biobag’ allows premature lambs to develop outside the womb, Science, 2017/4/25.

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