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 電子報233期試管嬰兒的演進與發展( 文 鄧振枝醫師/漢銘基督教醫院 婦產科主任)
2021.03.04
 
試管嬰兒的演進與發展
文 鄧振枝醫師/漢銘基督教醫院 婦產科主任
關鍵字:試管嬰兒、顯微注射、冷凍胚胎
 
   1978年7月25日在英國誕生了世界第一例試管嬰兒(test-tube baby),露易絲.布朗(Louise Brown)開創了人類生殖醫學的新里程,而創造這個奇蹟是婦產科醫師派翠克.史塔托( Patrick Steptoe 1913–1988 ),科學家羅伯特.愛德華(Robert Edwards 1925-2013),2010年諾貝爾生醫獎,及常常被遺忘的胚胎師-珍.帕爾迪(Jean Purdy ,1945 - 1985),他們前後大約十年,經歷了二百多個取卵週期失敗後,終於完成第一例試管嬰兒,這期間還飽受各界(包括宗教、社會學家、政界)的批評。

 
      所謂試管嬰兒是體外受精與胚胎植入(In Vitro Fertilization-Embryo Transfer , IVF-ET)的俗稱,也就是精子和卵子在體外培養皿受精,形成胚胎後再植入子宮,有別於傳統的體內受精。因為試管嬰兒較通俗易懂,所以較為大家接受。
 

        台灣首例試管嬰兒於1985年4月16日誕生於台北榮民總醫院,其團隊成員有張昇平、曾啟瑞等。經過42年世界各地都已經接受這項輔助生殖技術(Assisted Reproductive Technology, ART),而且視為不孕症治療的常規。以下試著從臨床和實驗室角度來看看這些年的進展。
促進排卵的療程
   第一例的試管嬰兒是採用自然週期,接下來澳洲採用口服排卵藥,1981年美國霍華德.瓊斯(Howard W. Jones)採用排卵針hMG及hCG來促進排卵,取得較多的卵子,經改良後也為大家所採用的促進排
卵方式。但是會碰到約20%發生早發性排卵而取消週期或隨時要取卵。後來引用類促性腺激素(Gonadotropin Releasing Hormone Agonist,簡稱為GnRH促進劑)來抑制早發性LH高峰,避免提早排卵。可掌控取卵的時間,也就是長週期療程和短週期療程。幾年後隨著GnRH拮抗劑的上市( Cetrotide 2000年),直接抑制LH,避免早發性排卵,稱為拮抗劑療程。除了針劑可以抑制LH,近幾年也發現口服黃體素也能抑制LH,於是有黃體素狀態促進排卵療程(PPOS)。採用 PPOS,因為子宮內膜不同步,不能新鮮胚胎植入,需要全部胚胎冷凍再擇時植入。
排卵針的改變
     最早雪蘭諾公司上市的hMG排卵針是Bruno Lunenfeld發明由停經後婦女的尿液萃取的(含濾泡刺激素FSH,黃體生成素LH ),1支hMG含75單位FSH及75單位LH,需要3.5公升的尿液,後來有純化的FSH上市。2000年時有60萬停經後的婦女,提供1億2千萬公升的尿液,供應市場需求。所以會有缺貨危機。患有狂牛症的婦女,其尿液中發現致病的蛋白(Prion),所以尿液製劑的風險也被質疑,於是基因合成的FSH便應運而升(recFSH, Gonal-F 1995雪蘭諾),高純度也沒狂牛症的風險,除了recFSH,也有recLH及recHCG上市,同時可預先配成溶液,製作筆針,皮下注射,更方便患者操作。近幾年長效型的排卵針上市,打一次維持七天,也可減少打針的次數。
卵泡的追蹤
       早期超音波不甚發達,只能檢測血液或尿液的雌激素( E2 ),LH來預測排卵接著腹部超音波被用來監測卵泡,於是患者要脹尿看卵泡大小配合E2,LH來決定打破卵針的時間。陰道超音波的發明更讓追蹤卵泡成長更方便,解除脹尿之苦。
取卵方式的改變
      早期是做腹腔鏡取卵,患者有全身麻醉及手術的風險,腹部超音波引用後,有人嘗試在腹部超音波導引下,經肚皮、尿道、陰道取卵。陰道超音波介入後,經陰道取卵變成目前的常規取卵方式。
      在腹腔鏡取卵的年代,1984年Ricardo Asch發明了輸卵管內精卵植入術(Gamete Intra Fallopian Transfer, GIFT)俗稱禮物嬰兒,也就是做腹腔鏡從卵巢取出卵子後,加上洗滌過的精子,用導管放回輸卵管,讓它受精。因早期培養液品質不佳胚胎體外培養不易,所以禮物嬰兒的懷孕率及活產率確實比試管嬰兒高,子宮外孕兩者相當3%-5%,但隨著培養液品質大幅改善,體外培養胚胎成功率愈來愈高,超過了禮物嬰兒,這項輸卵管內精卵植入術,便漸漸被放棄。
培養液的變革
   試管嬰兒的成功率和胚胎實驗室的品質息息相關。早期的胚胎培養液Ham's F-10,是每家實驗室自己配的,所以要製造超純水用來洗器皿,吸管及泡培養液,泡好後再加蛋白,蛋白的來源有臍帶血或母血,抽血20 c.c凝固離心取血清,置於56度C,水浴箱30分鐘去除補體功能,再經過雙層過濾後加入培養液。
   每一批新泡好的培養液,要經過品質檢驗,當時用老鼠胚胎測試,兩個細胞的鼠胚,經過72小時的培養,達到75%的囊胚期胚胎,才算通過。只能保存一星期,所以要常泡,而且只能培養人類胚胎到第2天,2到4個細胞,所以取卵後,第二天便要植入。
   科技公司看準培養液之需求,於是推出商業化的培養液,用更嚴謹的品質監控製作,比自製的培養液更安全、效率及便利。1993年,台灣的中朋公司,引進丹麥Medicult出產的IVF培養液,幾年後又有連續性的培養液(Sequential Medium)上市,使胚胎的培養可以從第2天、第3天的分裂期,到第5天的囊胚期。
胚胎培養方式的改變
       早期的卵子是放在1c.c的培養液置於Organ dish培養,到現在採用微小滴0.03 c.c -0.05c.c,且蓋油的培養,更能維持培養液的溫度、滲透壓,PH值之穩定。
       培養箱從早期傳統大型單門培養箱每打開一次,溫度及CO2的變化很大,後來有小型濕式多門培養箱,乾式平板培養箱再到目前最新的縮時攝影培養箱(Time-lapse Incubator)。
冷凍胚胎
   1983年澳洲Alan Trounson發表了冷凍八個細胞的胚胎,解凍後植入,成功懷孕的案例。從此就可以把多餘的胚胎冷凍保存。1997年冷凍卵子成功懷孕。早期的冷凍是採用慢速冷凍(Slow freezing)。2004年日本Kuwayama發表玻璃化冷凍( Vitrification ),解凍後胚胎存活率比慢速冷凍更好,同時操作時間更短。所以現在的實驗室都用玻璃化冷凍保存胚胎和卵子。
精子、卵的顯微操作
   對於精子數目極少活動力極差,傳統培養受精失敗的如何補救呢? 1988年Cohen, J.發表了Partial zona dissection (PZD),利用酸性溶液或細針,把卵的透明膜削薄打洞,以利精子穿透受精。但是受精率不穩定,而且多重受精比率可高達57%。同一年(1988年)新加坡(Ng SC)和義大利的團隊,把3-5隻精子打到透明膜下的卵週空隙而成功受精。(Subzonal insemination)簡稱SUZI,但懷孕率甚低,也無法阻止多重受精。1992年比利時的Palermo GD在為受精失敗的病人操作SUZI時,發生美麗的錯誤,把單一精子打到卵的細胞質內,沒料到竟然受精,形成胚胎進而活產( Intracytoplasmic Sperm Injection)簡稱 ICSI,從此以後對於精子極度稀少活力很差,受精失敗或是無精症從副睪丸或睪丸取精便可做ICSI。而這項技術也變成現在實驗室的常規。
胚胎染色體檢查
   1990年英國報告胚胎著床前基因診斷(Preimplantation Genetic Diagnosis, PGD)用在性聯遺傳 疾病,如血友病避免子代得病。接著這項技術慢慢演化從第三天分裂期的胚胎切片取一個細胞,到第五天的囊胚期取多個細胞,也較不會傷害胚胎。同時間染色體的檢查也從螢光原位雜交技術(Fluorescence in situ hybridization; 簡稱FISH)、聚合酶連鎖反應(PCR),檢查少數染色體特定的基因,到次世代定序法
(Next generation sequencing, NGS),檢查23對染色體,範圍更廣,更精準。
    從基因診斷發展到胚胎著床前染色體篩檢(PGT-A),選擇染色體正常的胚胎植入,對某些族群而言,更可提高懷孕率,減少流產率。
結語
     自從1978年第一位試管嬰兒誕生到2020年,經過42年,從自然週期腹腔鏡取卵到控制週期經陰道取卵,培養液從自製的,只能培養到第2天分裂期,到市面上高品質順序性培養液,胚胎培養到第5天囊胚期,精子顯微注射解決了大部分男性因素,玻璃化冷凍改善了胚胎及卵的存活率。
      胚胎切片及染色體篩檢,結合縮時培養人工智慧( AI )可選擇適合的胚胎,子宮內膜容受性檢測( ERA ),選擇適合的時間植入。基因編輯的嬰兒引起了道德爭議,臨床和實驗室逐年每一小部份的改變都可以讓不孕症患者更有機會抱回寶寶,同時也解決試管嬰兒兩大併發症,多胞胎及卵巢過度刺激症候群。但是一些新的科技是否真的對人類生殖有幫助,還需要一段時間的驗證。

●參考文獻:
1. Peter R. Brinsden. (Ed)(1999). A Textbook of in Vitro Fertilization and Assisted Reproduction: the Bourn Hall Guide to Clinical and Laboratory Practice (2nd ed), London: Parthenon Publishers.
2. Craig Niederberger, M.D., Antonio Pellicer, M.D., Jacques Cohen, Ph.D et al.: Forty years of IVF. Fertil  Steril 2018; 110:185-324.
3. Focus on Reproduction ESHRE: HUMAN REPRODUCTION, May 2008.
4. Focus on Reproduction ESHRE: HUMAN REPRODUCTION, January 2018.
5. Catherine Racowsky (2020, August). IVF then, now and in the future, Annual Meeting of Taiwanese Society for Reproductive Medicine. Taipei, Taiwan.
6. 曾啟瑞:闖出一條生路,臺北市,城邦商業周刊,2019。
7. 吳信宏、王妙媛:祝妳好孕,臺北市,書泉,2020。

●資料來源:吳信宏:胚胎縮時攝影。彰基醫療健康防治季刊2020;42: 2-6。



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