创造人类生殖医学新纪元

试管婴儿的缘起

爱德华兹(Robert G. Edwards)教授早年由研究小鼠到兔子精卵的实验,继而投入研究人类体外受精的机转。

三、四十年前的医疗器材(尤其是阴道超音波)尚未发展成熟,要取得卵子只能剖腹(当时剖腹是相当危险的大手术)或藉由腹腔镜的技术。当时的腹腔镜仪器也不如现在的进步,好不容易找到一位专精腹腔镜的妇科医师愿意合作,但当时英国医学界及剑桥大学充斥着众多不同的意见,许多人质疑取卵手术可能造成妇女伤害;有更多的人则担心胚胎在体外受精和成长的安全性,忧虑是否会造成畸形胎儿?

在备受各方阻挠的恶劣环境中,他坚守自己的理念二十余年,终于在1978年诞生了人类史上第一名试管婴儿,露易丝布朗(Louise Brown)。

揭开试管婴儿的神祕面纱

试管婴儿就是合併体外受精和胚胎植入(in vitro fertilization and embryo transfer, IVF-ET)两个名词的简称,是使精子和卵子在孵育箱内受精,培养发育成早期的胚胎然后植入母体。所谓的试管婴儿技术,包括下列几个部分:诱导排卵、卵泡成长的追蹤监测、取卵手术、配子(卵子与精子)的体外处理、体外授精、体外胚胎的培养发育、胚胎植入。

女性卵巢于出生时约有一、两百万个原始卵泡(滤泡),随着年龄长大、卵泡不断退化萎缩,到青春期开始时,卵巢约剩下30万个原始卵泡。从初经开始,每个月经周期都有一群(约数十颗)卵泡被唤醒而成长发育,但这群卵泡中只有一个会发育为成熟卵泡,而其他卵泡都会在过程中萎缩。

为了得到数量较多和品质较好的卵子,以增加每个周期的怀孕率,医师会使用荷尔蒙药物刺激卵巢,诱导多个卵泡同时生长。近年来,诱导排卵药物的进步,加上临床应用普遍,使诱导排卵方面有更好的控制和成效。

由于诱导排卵药剂以传统肌肉或皮下注射进入人体,半衰期较短(小于40小时),因此妇女都需每日注射药剂,以期有较多卵泡成长成熟。近两年,药界研发一种半衰期长达约70小时的长效型药剂,可持续一周的效用,惟价格高且仍需併用目前的短效剂型药物。

笔者近年研发以表浅显微注射法施打传统的诱导排卵药剂,发现半衰期可超过100小时,因此妇女不必再面对每日注射针剂之苦,多数妇女不必接受9~10日的注射,仅需1至3日的注射针剂就可进行试管婴儿的疗程。此外,也能使用较低剂量的排卵药剂,大大地解决不孕妇女精神上的压力和困扰。

在控制排卵的过程中,必须定期接受阴道超音波检查,测量和追蹤卵泡大小及发育情形,并监测血中荷尔蒙的变化,调整排卵药物的剂量,据以决定取卵的最佳时机。

在1980年以前的取卵手术,都是经由腹腔镜手术来完成。1985年以后,由于超音波仪器解像力增强和技术提升,开始有经阴道採卵成功的报告。目前都採用阴道超音波手术採卵,而腹腔镜採卵手术目前仅在以阴道超音波取卵不易时,或极少数进行礼物婴儿(配子输卵管内植入术)时才使用。在採卵当日,以附有照明设备和控温装置的解剖显微镜检查卵泡吸出液,并且仔细搜寻卵子的存在,所有的试管、培养皿和吸出液都须处在摄氏37度的恆温状态中。

取出的卵子以优质的培养液培养4到6个小时让卵子更成熟之后,再和精子受精。在授精前,必须用特殊的培养液使精液中精虫和精浆分离,并筛选出健康且活动力强的精子,和卵子在培养皿中受精。

精子和卵子受精后称为早期胚胎,从形成受精卵后,早期胚胎便每天不断地分裂发育。精卵结合后大约12~18小时称为原核期,约20~24小时后会分裂成两个细胞,48小时后会分裂成四个细胞,72小时后会分裂成6至8个细胞,96小时后会分裂成桑椹期。品质良好的胚胎会在5~7天内发育至囊胚期,品质较差的胚胎通常无法顺利发育到这个阶段。

囊胚期的胚胎可以直接植入子宫,并且和子宫的蜕膜组织同期化,理论上可提高着床率。目前国际生殖医学界採行的胚胎植回时间,多以受精后第3天,即6至8个细胞,或受精后第5天的囊胚期植回母体子宫。

植入的胚胎数目愈多,临床怀孕率就愈高,但多胞胎妊娠发生的机会也愈大。在试管婴儿技术发源地所在国—英国,法定可植入胚胎上限数目是3个;在美国,上限胚胎数目是4个;在中国台湾,植回胚胎数目也是4个以内。近几年来欧洲国家推广单一受精卵植回(single embryo transfer, SET),期能降低多胞胎的机率。植入前,医师会讲解胚胎的状况和适合植入的胚胎数。植入手术不需麻醉,把含有胚胎的植入导管细心地从子宫颈置入子宫腔内,利用超音波导引把胚胎放到适合的位置。

提高怀孕率的辅助生殖技术

单一精虫显微授精术 对于无精虫症或严重的男性不孕症患者,卵子自然受精的希望非常渺小。当精子的浓度、活动力、形态上有多重缺陷时,体外授精的成功率更是大大地受到影响。这样的问题,可以使用显微授精的技术,把单一只精虫直接注入卵子细胞质内使卵子受精,这技术已成为治疗严重男性不孕症的最佳方式。

单一精虫显微授精术受精率约为60~80%,失败的主要原因是卵子品质不好。经显微授精的受精卵和一般自然授精的受精卵发育并无差异。全世界第一例显微授精宝宝于1992年出生,长期观察宝宝成长发育和一般婴儿并无不同。

睪丸/副睪丸取精术 对于无精症、输精管障碍或脊椎损伤等无法射精的患者,以往只能借助精子银行捐赠的精子。近年来,经皮下副睪丸穿刺术或睪丸切片取精术,把取得的精虫配合单一精虫显微授精术及试管婴儿技术,便能达到受孕的目的。

雷射辅助胚胎孵育术 人类的胚胎必须经过卵壳透明带脱壳而出的程序,胚胎的细胞才能直接和子宫内膜接触,达到着床的目的。许多高龄或卵子透明带较厚的妇女不易受孕,很可能是胚胎脱壳的动作异常,因而无法顺利着床于子宫内膜,辅助孵育术就是针对这种情况而研发的。

以往使用显微玻璃针尖使卵壳透明带开口,或以酸性的化学物质使透明带溶开一个洞口,以利胚胎孵出。这二种方式都需相当精巧的实验技术且费时,因此对胚胎有较大的潜在危险。雷射辅助胚胎孵育术则是利用雷射光束,瞬间在卵子透明带上造成一个缺口,大幅减少胚胎暴露在体外的时间,是目前辅助孵育术的最佳选择,这技术也广泛应用在胚胎基因鉴定中。

胚胎基因鉴定 胚胎基因鉴定(preimplantation genetic diagnosis, PGD)是针对某一特定基因片断的变异或染色体的结构进行着床前的诊断,胚胎基因筛选(preimplantation genetic screening, PGS)是泛指筛选染色体数目正常的胚胎,期能提高受精卵的着床率。胚胎基因鉴定在近年快速发展应用到试管婴儿的疗程,使用于鉴定是否有唐氏症或其他染色体问题;也用于高龄接受试管婴儿治疗的妇女,或曾经数次试管婴儿疗程失败的妇女。

在显微镜观察导引下,从体外受精的早期胚胎取出1个或2个细胞,利用某些特定基因的单株抗体和胚胎上的基因做原位杂交反应,鉴定染色体的数目和结构是否正常,再把健康无疑虑的胚胎植回母体,这技术能避免生下带有遗传性疾病和染色体异常的下一代。胚胎基因鉴定也使用于如地中海贫血、血友病、肌肉萎缩症等基因疾病上。

改善子宫环境和子宫动脉血流灌注 人体受孕成功与否取决于受精卵的良莠和子宫内膜的接受度,笔者于1991~1992年在爱德华兹教授和布林登先生(Mr. P.R. Brinsden)的指导下,证明受精卵的着床须有良好的子宫血流灌注。

他们和英国剑桥试管婴儿中心合作,以彩色都卜勒超音波扫描,测量妇女接受冷冻胚胎周期的子宫动脉血流灌注情况,发现子宫动脉血流不良的几乎鲜少受孕。当时首创以低剂量阿斯匹灵来改善妇女的子宫血流,提高接受冷冻胚胎妇女的着床率。笔者于1992年回国之后,把侦测子宫血流以及使用低剂量阿斯匹灵引用到中国台湾的不孕症病患,受到国内及全球生殖医学界的仿效,造福无数病患。

冷冻胚胎 冷冻胚胎是利用冷冻保护剂处理人类胚胎,可分慢速冷冻法逐步降温和玻璃化超高速冷冻法,胚胎冷冻后保存在摄氏零下196度超低温的环境中。冷冻时机可以在受精后的原核期,也可以在胚胎发育至两个细胞以上或到囊胚期才进行。

对不孕症夫妻而言,冷冻胚胎技术可以留下一些胚胎,而在将来有再度植入的机会时,也可避免一次胚胎植入数目过多。有些幸运的妇女,新鲜的胚胎植入一次就已着床,生下健康的宝宝,一、二年后若还想生育,便可使胚胎解冻植回;或新鲜的胚胎植入后并没有受孕,医师会安排一个适合的周期,在治疗过程中,省略施打诱导排卵针剂和取卵步骤,直接把冷冻胚胎解冻植入母体子宫内,对不孕夫妻来说,减少了身体和经济上的负担。

除了冷冻胚胎外,同样的技术可应用于冷冻人类精子和卵子。冷冻精子常用于捐赠的精子,经睪丸和副睪丸取得的精子,或先生的精子质量较差、不稳定时,以及夫妻未能同住一地(例如南北、两岸分隔,甚至先生常住国外)。冷冻卵子目前应用在妇女罹患癌症,需进行化学治疗或放射性治疗前,可取出卵子或卵巢组织冷冻保存,以备将来使用。少数情况于太太取卵时,先生无法即时取出精虫,这时也得冷冻保存卵子。国外也有把较年轻未婚妇女的卵子冷冻保存,以防将来年纪大了而不孕。

精卵捐赠 不孕症治疗必须在太太有很好的卵子,先生也有很好的精虫的条件下,再使两者结合受精。

如果先生无法使用自己的精虫,则需借助他人捐赠的精液。由于AIDS的检疫有6个月的空窗期,因此他人捐赠的精液须先贮存于精子银行,等待AIDS检疫合格后才能解冻使用。若太太的排卵机能很差或卵巢已经衰竭无法再製造卵子,想要受孕就必须採用别人的卵子。通常捐赠卵子者需接受类似于试管婴儿诱导排卵的过程,使取出的卵子和不孕夫妻中先生的精虫结合受精,再把受精卵种回接受者太太的子宫里,以达到受孕的目的。

目前中国台湾大约有30~35万对的夫妻深受不孕之苦,试管婴儿技术俨然成为治疗不孕的终极利器。在许多不孕专家的努力下,成功率不断提高,但在医疗上所产生的併发症,如卵巢过度刺激、多胞胎、早产等问题,以及性别筛选、捐赠精卵及代理孕母所衍生道德和宗教方面的争议,仍需进一步思考。

【2010年诺贝尔生理医学奖】

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