SMC 資料庫

議題背景：

• 尚未經過同儕審查的兩篇預印本研究：

1. Weatherbee, B. A. T. et al. Preprint at bioRxiv: https://doi.org/10.1101/2023.06.15.545082 (2023).
2. Oldak, B. et al. Preprint at bioRxiv: https://doi.org/10.1101/2023.06.14.544922 (2023).

• 英國SMC專家意見：expert reaction to Guardian reporting news of creation of synthetic embryos using stem cells
• 紐西蘭SMC專家意見：EXPERT REACTION: Potential synthetic human embryos created
• 西班牙SMC專家意見：On the challenges posed by synthetic human embryos
• 《自然》期刊的新聞說明：Ball, P. Most advanced synthetic human embryos yet spark controversy. Nature. (2023).

專家怎麼說？

【楊尚訓】【朱志成】

2023年06月19日
國立成功大學生理學科暨研究所教授 楊尚訓

1. 英國這個突破性的研究對胚胎領域有何重要？研究的限制到哪裡？

英國這個突破性的研究主要是刊登在BioRxiv的預印本平台（Preprint），由英國劍橋大學的Magdalena Zernicka-Goetz教授所發表人類胚胎幹細胞合成胚胎的研究，同一時間點，以色列威茲曼（Weizmann）科學研究所Jacob Hanna教授也發表相似的研究成果在BioRxiv預印本。

更新：此英國劍橋大學研究於本月台北時間27日晚間23:00以加速發表的手稿刊登於《自然》（Nature）期刊。

這兩個實驗室主要研究內容的進展為過去兩實驗室皆能利用小鼠胚胎幹細胞合成早期胚胎（懷孕約前1/3階段），而這次兩個實驗室進而利用人類胚胎幹細胞合成胚胎，並發育至約14天與自然胚胎相當的階段。同時，研究人員利用結構和基因表現特徵，證實合成胚胎可分化成羊膜腔（amniotic cavity）和卵黃囊（yolk sac），並發育到達胚胎原腸（gastrulation）的階段，這是迄今利用人類胚胎幹細胞發展人類體外胚胎模型可進展的最先進階段。

此研究最大的限制是研究者為了在體外模擬胚胎的著床發育，特別在人類胚胎幹細胞加了一些於體內促進發育分化的外源基因[註1]，因此與自然著床發育的胚胎不同。此外，雖然研究者看到部分類似的組織結構與基因表達，但是整體上與實際的胚胎發育還是有一段距離；另外，這些合成胚胎也缺乏跟子宮環境間的互相訊息傳遞。因此綜而言之，此相關研究是為體外人類胚胎幹細胞分化和培養的模式踏出了一步，但是如何更進一步模擬或優化胚胎發育仍有待研究者努力。

2. 您認為在體外產生胚胎的這類研究突破，是為了什麼目標，或目的嗎？使用流產的胚胎或人工生殖例如試管嬰兒，失敗的胚胎來做實驗，和使用合成胚胎有什麼不一樣呢？

我認為這體外產生胚胎的研究，最主要還是建立對基礎發育生物學的一個研究模式，尤其是去模擬人類早期胚胎發育，畢竟臨床上人類的胚胎檢體（或流產胚胎）並不是這麼容易取得，尤其在著床早期的胚胎。

3. 以您的研究為例，在台灣研究生物的胚胎要遵守哪些研究規範和限制？研究合成胚胎有相關規範嗎？

目前台灣在使用人類胚胎幹細胞，在中央的法源依據最主要需依循「胚胎幹細胞研究的倫理規範」，因此若是進行相關計畫申請，需報備使用人類胚胎/人類胚胎幹細胞，也就是說，研究計畫中涉及人類胚胎、人類胚胎幹細胞（只要用到這兩種材料，不論如何生成或合成）者，應檢附各單位的醫學倫理委員會或人體試驗委員會核准文件，通過後方可進行相關實驗。

4. 在台灣較少看到此領域的討論，是因為台灣沒有合成胚胎、人工胚胎的研究需求嗎？還是台灣尚未有合成胚胎的科研技術呢？

在台灣目前較無聽到要將胚胎幹細胞分化成合成胚胎或人工胚胎，推測台灣的研究者在基礎發育生物學的研究有其他研究重點；但是確定的是，目前台灣已有許多研究者進行胚胎幹細胞／誘導式幹細胞的分化，進而形成特定的類器官（Organoid），例如腦、腸胃道、血管等，而非分化成整個早期胚胎；因此，台灣在相關的材料來源與培養設備並沒有問題，只是研究者在分化成不同胚胎、組織、器官的條件，仍須進一步去測試和優化。

5. 若要在台灣研究合成的胚胎，您認為還需要考慮哪些科學研究、實驗結果、法規，或是政府部門、科研與醫療單位加上公眾的溝通？（英國合成胚胎的科學研究發展和規範有哪些值得台灣借鏡的地方？）

若研究者要在台灣研究合成的胚胎，基本上一定要經過醫學倫理委員會的討論通過；我個人認為若是在進行基礎研究、模式建立、機制探討部分，政府應可不用介入，下放權力由醫學倫理委員會進行實質審查與評斷；但猶如「胚胎幹細胞研究的倫理規範」明訂，胚胎幹細胞之研究，需嚴格遵守不得以複製人為研究目的；而相關的概念，也需讓研究人員與公眾週知，讓研究進展與科學倫理間取得一平衡點。

2023年06月25日
中國醫藥大學生物醫學研究所教授 朱志成

劍橋大學Prof Magdalena Żernicka-Goetz團隊於今年在美國波士頓舉行的國際幹細胞年會（International Society for Stem Cell Research, ISSCR）中報告有關成功體外培養人類合成胚胎[註2]的研究，目前雖尚未真正在期刊發表，許多細節仍需等待正式發表後，才能準確評估。但該研究中由人類多功能幹細胞組成的合成胚胎，較先前僅形成胚胎一部分結構（上胚層與類似尿囊的組織）的研究結果[1]，似乎向前邁進一步。這次Żernicka-Goetz的團隊培養的合成胚胎已出現約為人類孕期兩週左右之胚胎結構（中胚層與初始生殖細胞），但此階段尚不及近日中國科學院所發表的結果：以食蟹猴的胚胎幹細胞直接產製合成胚胎，並植入母猴體內觀察到著床的跡象與形成類似妊娠囊與卵黃囊的結構[2]。

1. 英國這個突破性的研究對胚胎領域有何重要？研究的限制到哪裡？

其重要性與之前以小鼠為模式動物的相關研究大致雷同[3,4]，可望進一步解開人類胚胎發育過程的黑盒子，除了可以暫時迴避大量使用人類胚胎的倫理考量之外，將有助於未來治療不孕症、解決胚胎異常著床或新藥篩選等研究，甚至可望提供人類器官移植與研究的新選項。

這類研究在倫理方面的限制，取決於所生成的類胚胎（embroids）與真正胚胎（embryos：含體內和體外授精產生的胚胎）之相似度：如果相似度低，則甚至無需遵循目前人類胚胎只能在體外培養14天的限制；如果兩者有極高的相似性，則除了「14天」的限制外，若適當鬆綁法規的容許度，更能鼓舞該學術領域的研究進展，畢竟人類胚胎在著床後的發育仍有太多的細節尚未釐清。

目前研究的理解是，此兩類胚胎生成的方式不同，其結構與生理雖然有部分相似之處，但是類胚胎仍然不是真正的胚胎，仍無法進一步發育為正常個體。可發育至相對較後期的小鼠與猴子的合成胚胎都如此，更遑論尚無心跳、腸道與腦部發育的人類合成胚胎（可初步形成類似精子與卵子的前驅細胞）[5,6]。真正限制此領域發展的因素目前尚無法釐清是因胚胎幹細胞的全能性或體外培養技術的不足，還是物種長時間演化出提供胚胎發育的複雜生物構造與微環境，短時間內無法以人工方式在體外完全複製。

2. 在台灣較少看到此領域的討論，是因為台灣沒有合成胚胎、人工胚胎的研究需求嗎？還是台灣尚未有合成胚胎的科研技術呢？

舉凡牽涉到人類為生物題材的研究都會立即引發學界、社會大眾與政府立法單位的關注，尤其是有關人類胚胎的議題。然而台灣在合成胚胎議題上似乎比較缺乏敏感度，也只能說是憂喜參半；喜的是我們可以有足夠時間準備，因應未來它對倫理相關議題的衝擊，或可參考國外的現行策略，未雨綢繆。擔憂的是，雖然這類從基礎研究轉譯為臨床應用的需求在台灣與歐美其他國家的趨勢大抵一致，但是目前此一主題主要以英國、以色列、荷蘭、中國、澳洲與美國等有相關的研究報告，可惜在台灣尚未有同步的研究成果。

3. 若要在台灣研究合成的胚胎，您認為還需要考慮哪些科學研究、實驗結果、法規，或是政府部門、科研與醫療單位加上公眾的溝通？（英國合成胚胎的科學研究發展和規範有哪些值得台灣借鏡的地方？）

台灣在倫理與法規方面雖尚未達燃眉之急，然而一如前述，對合成胚胎研究的約束與限制，可先以歐美及其他國家的法規作為國內政策的參考。通常有關人類的生物題材的研究都需要在學界、社會大眾與政府立法階層之間有持續性的對話，才能取得良性的平衡。例如此次英國研究人類合成胚胎（類胚胎）的發育，已有可能超前法規「14」天（針對胚胎）的限制，所以劍橋大學便自主性的集合相關領域科學家、生物倫理專家、經費支持團體與政府的相關管理單位共同商討，發展一套規約（The Governance of Stem Cell-Based Embryo Models, G-SCBEM），作為研究人員自我管理的依據。期能有效規範科學家的研究尺度與緩解社會大眾對此類研究的憂心。未來政府的相關法令將可隨後跟進，而形成有效的制衡。

目前台灣在這方面雖無立即性的需求，但何妨起而效尤，亦即在合成胚胎技術成熟前，針對類似的敏感議題與國際同步規範或超前佈署。例如，由台灣幹細胞學會或相關學術團體率先整合各類專家訂立規約，供未來政府制定法令的參考依據，這也是從事科研人員應擔負的社會責任之一。

註釋與參考文獻：

[註1] 過去科學家研究已知對這階段胚胎發育很重要，因此科學家可特定的在細胞表達這些基因，強迫這些細胞進行分化發育。

在實驗中改變基因的表現，在台灣需遵守「科技部基因重組守則」，執行實驗前需填寫各學校的「基因重組實驗申請」，並經過審核通過方能執行。在這報導中的相關研究，在台灣是可以執行的，因為大家研究的基因不同，因此絕大部分都不會限制大家要改變特定基因；至於添加的後果，一般就是要看特定基因的個別功能，譬如說，如果我添加癌症基因，就有可能致癌，我添加神經保護的基因，就有可能保護神經；而這報導的外源基因，則是幫助細胞的發育與分化。

[註2]「合成胚胎」一詞可能並非最適切的專業用語，本文僅暫且沿用。

[1] Zheng, Y., et al., Controlled modelling of human epiblast and amnion development using stem cells. Nature, 2019. 573(7774): p. 421-425.

[2] Li, J., et al., Cynomolgus monkey embryo model captures gastrulation and early pregnancy. Cell Stem Cell, 2023. 30(4): p. 362-377 e7.

[3] Harrison, S.E., et al., Assembly of embryonic and extraembryonic stem cells to mimic embryogenesis in vitro. Science, 2017. 356(6334).

[4] Rivron, N.C., et al., Blastocyst-like structures generated solely from stem cells. Nature, 2018. 557(7703): p. 106-111.

[5] Amadei, G., et al., Embryo model completes gastrulation to neurulation and organogenesis. Nature, 2022. 610(7930): p. 143-153.

[6] Tarazi, S., et al., Post-gastrulation synthetic embryos generated ex utero from mouse naive ESCs. Cell, 2022. 185(18): p. 3290-3306 e25.