試管嬰兒的未來：AI選胚胎、機(jī)器人做手術(shù)、基因編輯防疾病

（來源：麻省理工科技評論）

48 年前的 7 月，路易斯·喬伊·布朗（Louise Joy Brown）成為世界上第一個借助體外受精（IVF）技術(shù)出生的人；技術(shù)進(jìn)步讓 IVF 變得更安全、更有效，在這之后，此后又有數(shù)百萬 IVF 嬰兒來到這個世界。

但 IVF 仍然遠(yuǎn)不完美。整個過程可能漫長、痛苦、昂貴——這還是對那些幸運(yùn)地能夠接受這項(xiàng)技術(shù)的人而言。而且按至少一項(xiàng)指標(biāo)來看，近年來 IVF 的成功率反而在下降。

人類生殖是一件極其復(fù)雜的事，胚胎學(xué)家和婦科醫(yī)生仍有很多不了解、無法控制的環(huán)節(jié)，比如他們不知道為什么很多看起來健康的胚胎就是無法在子宮里“扎根”，他們也無法總是解釋為什么患者懷不上，不同個體之間、不同生殖診所之間 IVF 成功率的巨大差異，他們也不總能說清原因。

科學(xué)家們正在研究這些問題以及更多的問題。他們在應(yīng)對復(fù)雜的倫理挑戰(zhàn)——新的基因工具將如何被用來分析甚至改造胚胎。與此同時，一批旨在標(biāo)準(zhǔn)化治療、消除人為失誤、提高成功率、讓更多人用得起 IVF 的技術(shù)已經(jīng)開始登場，輔助生殖正在進(jìn)入一個由 AI 和機(jī)器人助力的新時代。

幫胚胎“扎根”

其中一些技術(shù)正在西班牙瓦倫西亞的卡洛斯·西蒙基金會（Carlos Simon Foundation）開發(fā)。今年 3 月我去參觀時，研究人員帶我參觀了實(shí)驗(yàn)室，還給我展示了一臺曾首次在體外維持人類子宮存活的設(shè)備。

團(tuán)隊里有人夢想著建造能完整孕育胎兒的人工子宮，但他們目前更想用這類設(shè)備來研究“著床”——受精卵接觸子宮內(nèi)膜、鉆進(jìn)去、本質(zhì)上“孵化”出來、觸發(fā)妊娠開始的那個時刻。

盡管 IVF 技術(shù)進(jìn)步了幾十年，著床過程至今仍然沒有被充分理解。即使看起來很健康的胚胎，著床成功率也只有 40% 到 60%。

目前的 IVF 技術(shù)中，診所可以先培育出早期胚胎，等到子宮被認(rèn)為處于最佳接受狀態(tài)時再植入，但一旦胚胎被送進(jìn)子宮，就只能靠它自己了。卡洛斯·西蒙基金會的高級臨床科學(xué)家哈維爾·圣塔瑪利亞（Xavier Santamaria）和同事正在試驗(yàn)一種不同的方案：他們開發(fā)了一臺設(shè)備，按一下按鈕就能把胚胎直接注射進(jìn)子宮內(nèi)膜。

（來源：麻省理工科技評論）

我在現(xiàn)場觀看了一次用原型機(jī)做的演示。圣塔瑪利亞拿起窺陰器，轉(zhuǎn)向他“患者”的陰道口——這次的患者只是一個仿真模型：一個塑料下半身，帶有外陰、陰道、子宮和卵巢，兩截短截代表平時架在腳蹬上的雙腿。

他彎腰向里看去。“胚胎，”他喊了一聲。同事、胚胎學(xué)家瑪利亞·帕爾多（Maria Pardo）遞給他一根細(xì)針，里面裝著她剛從培養(yǎng)皿中取出的一枚小鼠胚胎。

圣塔瑪利亞的設(shè)備可以將裝有胚胎的針頭連接到一根輸送管上。這根管子還配備了攝像頭、照明燈和一個傳感器，能在針頭到達(dá)子宮內(nèi)膜時提醒醫(yī)生。管子送入子宮后，婦科醫(yī)生可以看到子宮內(nèi)部的畫面，引導(dǎo)管子到達(dá)內(nèi)膜的目標(biāo)位置。

“一切就緒后，按一下按鈕就行。”圣塔瑪利亞說。他踩下一個腳踏板激活設(shè)備，胚胎被注射了進(jìn)去。“好了。”

（來源：麻省理工科技評論）

團(tuán)隊剛剛開始這臺設(shè)備的臨床試驗(yàn)。到目前為止接受過這一操作的女性不到 10 位，還沒有人懷孕。但基金會總監(jiān)卡洛斯·西蒙對此抱有信心，他指出 IVF 的發(fā)明者在路易斯·布朗出生前也做了超過 160 個周期的嘗試（1969 年到 1978 年間，那個團(tuán)隊對 250 人進(jìn)行了 457 個周期的操作，最終只有兩例活產(chǎn)）。“試驗(yàn)還在進(jìn)行中。”他說。

挑“最好的”卵子、精子和胚胎

IVF 的一個長期難題是選擇。假設(shè)你從一方那里取到了 10 顆卵子，從另一方那里取到了一份看起來不錯的精液樣本，你怎么決定用哪些？培育出的胚胎在培養(yǎng)皿中生長幾天后，同樣的問題又來了：該把哪一個植入子宮？

傳統(tǒng)做法是靠肉眼。胚胎學(xué)家從形態(tài)上挑看起來最好的那個，精子則看游動狀態(tài)。但科學(xué)家一直在尋找替代方法。過去十來年里，很多人轉(zhuǎn)向了基因檢測，用它來判斷哪些胚胎最有可能發(fā)育成健康的寶寶。

目前最常用的檢測叫 PGT-A，全稱是“胚胎植入前非整倍體基因檢測”。非整倍體簡單說就是染色體數(shù)目“不對”，攜帶這類特征的胚胎被認(rèn)為更容易流產(chǎn)，或者可能發(fā)育成帶有遺傳疾病的嬰兒。

胚胎在實(shí)驗(yàn)室培育出來后，胚胎學(xué)家可以取下幾個細(xì)胞去做非整倍體檢測。波士頓 IVF 的生殖內(nèi)分泌學(xué)家阿蘭·彭齊亞斯（Alan Penzias）說，這項(xiàng)檢測對 38 歲以上的女性特別有幫助。“你開始看到改善：更多的寶寶，更少的流產(chǎn)。”他說。檢測還能縮短從開始治療到懷孕的時間。

這種基因檢測之所以能實(shí)現(xiàn)，依賴的是多項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)步。不僅僅是基因組學(xué)，還包括讓胚胎在培養(yǎng)皿中存活五到六天的能力，以及在細(xì)胞檢測期間凍存胚胎、等結(jié)果出來后再解凍的技術(shù)。PGT-A 已經(jīng)變得非常普及，有些診所會對所有胚胎都做這個檢測。

但 PGT-A 不能給你一份未來寶寶基因的完美讀數(shù)，紐約人類生殖中心的生殖內(nèi)分泌學(xué)家索尼婭·加耶特-拉富恩特（Sonia Gayete-Lafuente）說。而且有些異常可能隨時間自行修正。她和同事曾把一些“異常”胚胎植入患者子宮，結(jié)果這些胚胎發(fā)育成了完全健康的孩子。

還有一類 PGT 檢測爭議更大。PGT-P 檢測旨在預(yù)測胚胎發(fā)展出由多個基因共同決定的復(fù)雜性狀的概率，包括疾病，但也包括身高等體征和 IQ 等認(rèn)知指標(biāo)。這類檢測很新，在包括英國在內(nèi)的一些國家是非法的，但在美國正逐漸鋪開。一家叫 Nucleus Genomics 的公司邀請客戶“生出最好的寶寶”，承諾能預(yù)測從眼睛顏色、智力到左利手傾向和阿爾茨海默病風(fēng)險等各種性狀。

我問過多位 IVF 從業(yè)者，如果患者提出想做這類檢測，他們會怎么回應(yīng)。大多數(shù)人回避了這個問題，只是告訴我目前沒有足夠的證據(jù)證明這些檢測真的管用。他們還提醒說，選擇某一種性狀可能在無意中引入新的風(fēng)險。沒有人對將基因檢測用于預(yù)防嚴(yán)重疾病以外的目的表現(xiàn)出多少熱情。

用 AI 提速

相比之下，一些從業(yè)者對 AI 的潛力更興奮。畢竟 AI 工具總體上擅長識別模式，很多研究者都嘗試過訓(xùn)練 AI 來挑選健康的精子、卵子和胚胎。

也確實(shí)取得了一些成果。紐約哥倫比亞大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的一個團(tuán)隊開發(fā)了一臺設(shè)備，用 AI 檢查那些健康精子數(shù)量極少的精液樣本。胚胎學(xué)家在這樣的樣本中可能費(fèi)半天勁也找不到一顆健康精子，但這套叫做 STAR（精子追蹤與回收系統(tǒng)）的設(shè)備一小時內(nèi)就能分析超過 100 萬張顯微鏡圖像，已經(jīng)被用來成功培育了健康胚胎。團(tuán)隊在去年 11 月宣布了第一例由此治療產(chǎn)生的妊娠。

其他團(tuán)隊在用 AI 工具以更大膽的方式推進(jìn) IVF。大約十年前，生殖內(nèi)分泌學(xué)家亞歷杭德羅·查韋斯-巴迪奧拉（Alejandro Chavez-Badiola）開始分別開發(fā)用于給胚胎排名、給卵子排名和選擇精子的 AI 工具。他回憶說，當(dāng)時有一個想法擊中了他：這些工具就是“未來有潛力驅(qū)動機(jī)器人的大腦”。

用機(jī)器人讓 IVF 標(biāo)準(zhǔn)化

2020 年代初，查韋斯-巴迪奧拉和同事決定把這些技術(shù)整合起來，開發(fā)一套 IVF 自動化系統(tǒng)。理論上，一個搭載了 AI 工具的機(jī)器人系統(tǒng)可以完成 IVF 過程中的大部分步驟：挑選卵子和精子、受精產(chǎn)生胚胎、在培養(yǎng)皿中培育胚胎、選出“最好的”那一個用于植入。這套系統(tǒng)可以“用完全標(biāo)準(zhǔn)化的方式做每一件事”，而且永遠(yuǎn)不會累，他說。

查韋斯-巴迪奧拉現(xiàn)在是 Conceivable 公司的創(chuàng)始人兼首席醫(yī)學(xué)官。他從改裝常規(guī) IVF 設(shè)備開始制造原型機(jī)，給設(shè)備裝上電機(jī)并連接到電腦。他和同事先用動物細(xì)胞測試，后來逐步過渡到人類細(xì)胞。“我們證明了將機(jī)器人集成進(jìn)來、自動化 IVF 的各個步驟是可行的。”他說。

這臺設(shè)備目前已經(jīng)被用來處理精子和卵子、培育胚胎。至少 19 個孩子已經(jīng)通過這套自動化 IVF 系統(tǒng)誕生。雖然還處于早期階段，查韋斯-巴迪奧拉希望未來的迭代版本每臺每年能處理數(shù)千個 IVF 周期，有望讓這項(xiàng)手術(shù)變得更便宜、更多人用得起。

業(yè)內(nèi)很多人對 Conceivable 這類自動化設(shè)備的前景感到興奮。“這為胚胎學(xué)家省下了大量時間。”意大利 IVIRMA 生殖中心網(wǎng)絡(luò)的臨床胚胎學(xué)家和科學(xué)總監(jiān)勞拉·里恩齊（Laura Rienzi）說。她還希望自動化能幫助 IVF 治療實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。“自動化可以讓全世界每一間實(shí)驗(yàn)室都用同樣的方式對待每一位患者。”

基因編輯的爭議

不過這些技術(shù)都有一個前提：起碼得有一些健康的精子、卵子或胚胎可用。胚胎學(xué)家和 IVF 患者只能用手頭有的材料來工作，而有時候這些材料無法產(chǎn)出健康的嬰兒。

這就是為什么一些科學(xué)家提出了一個充滿爭議的設(shè)想：用 CRISPR 等基因編輯技術(shù)在胚胎植入前改造其基因組。生物物理學(xué)家賀建奎（He Jiankui）在 2010 年代末用這種方法創(chuàng)造了胚胎，并導(dǎo)致三個孩子出生。他受到了科學(xué)界的廣泛譴責(zé)，最終在監(jiān)獄里服刑三年。

賀建奎的前女友 Cathy Tie 如今領(lǐng)導(dǎo)著初創(chuàng)公司 Origin Genomics，正在推進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)，目標(biāo)是預(yù)防兒童的嚴(yán)重疾病。在黑斯廷斯生物倫理中心（Hastings Center for Bioethics）最近舉辦的一次活動上，鐵為使用胚胎編輯來預(yù)防囊性纖維化、亨廷頓舞蹈癥和鐮狀細(xì)胞病等疾病做了論證。

無論從技術(shù)、法律還是倫理角度來看，這都不是一件簡單的事。已知由單基因突變引起的疾病是很好的首選對象，但正如加耶特-拉富恩特指出的，大多數(shù)疾病遠(yuǎn)比這復(fù)雜得多。“我希望我們能理解每一種疾病的遺傳基礎(chǔ)，從而預(yù)防它，”她說，“但目前我們做不到。”況且大多數(shù)疾病不僅受基因影響，還受飲食、行為和環(huán)境的影響。

就目前而言，沒有人知道編輯人類胚胎以消除一種疾病的風(fēng)險，會不會增加這個孩子未來患上另一種疾病的風(fēng)險。一些科學(xué)家也擔(dān)心這類編輯可能是通往基因增強(qiáng)或優(yōu)生學(xué)的滑坡。

里恩齊希望這項(xiàng)技術(shù)能在監(jiān)管框架下安全發(fā)展，而且僅限于一份特定的疾病清單。“它必須在合法的框架內(nèi)進(jìn)行，”她說，“但對我來說，這是一個夢想。”

與此同時，隨著那些已經(jīng)在幫助健康嬰兒誕生的新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，這個領(lǐng)域的變革還將繼續(xù)。

https://www.technologyreview.com/2026/05/07/1136946/whats-next-for-ivf-ai-robot-pgt-gene-editing/