去年春天，巴塞羅那的工程師們把他們設(shè)計(jì)的精子注射機(jī)器人打包好，通過DHL快遞送到了紐約市。他們跟著它來到了一家名為新希望生育中心的診所，在那里他們把儀器重新組裝起來，組裝了一臺(tái)顯微鏡、一根機(jī)械化的針頭、一個(gè)微型培養(yǎng)皿和一臺(tái)筆記本電腦。
然后，其中一名沒有生育醫(yī)學(xué)經(jīng)驗(yàn)的工程師使用索尼PlayStation 5控制器來定位機(jī)器人針頭。它通過攝像頭看到一個(gè)人類卵子，然后自己向前移動(dòng)，穿透卵子，落下一個(gè)精子。總的來說，這個(gè)機(jī)器人被用來使十幾個(gè)卵子受精。
研究人員說，這個(gè)過程的結(jié)果是獲得了健康的胚胎——現(xiàn)在又有了兩個(gè)女嬰，他們聲稱這是世界上首例由“機(jī)器人”受精后出生的人類。
“我很平靜。就在那一刻，我想，‘這只是又一個(gè)實(shí)驗(yàn)，’”負(fù)責(zé)精子注射裝置的機(jī)械工程師愛德華阿爾巴（Eduard Alba）說。
開發(fā)這款機(jī)器人的初創(chuàng)公司“序曲生命”稱，這款設(shè)備是體外受精（ IVF ）自動(dòng)化的第一步，有可能讓這個(gè)過程比現(xiàn)在更便宜，更普及。
目前，體外受精實(shí)驗(yàn)室的工作人員都是訓(xùn)練有素的胚胎學(xué)家，他們在顯微鏡下用超薄空心針小心地處理精子和卵子，年收入高達(dá)12.5萬美元。
但一些初創(chuàng)公司表示，整個(gè)過程可以自動(dòng)完成，或者幾乎可以自動(dòng)完成。例如，Overture公司已經(jīng)提交了一份專利申請(qǐng)，描述了一種用于試管嬰兒實(shí)驗(yàn)室的微型“生物芯片”，包括含有生長液的隱藏容器和供精子蠕動(dòng)的微小通道。
“想象一下一個(gè)盒子，里面放著精子和卵子，五天后胚胎就出來了，”獲獎(jiǎng)遺傳學(xué)家圣地亞哥·穆恩說，他是這家西班牙公司的首席創(chuàng)新官。他認(rèn)為，如果試管嬰兒可以在臺(tái)式儀器內(nèi)進(jìn)行，患者可能永遠(yuǎn)不需要去專門的診所，在美國，一次懷孕的嘗試就要花費(fèi)2萬美元。相反，他說，患者的卵子可以直接被送入婦科醫(yī)生辦公室的自動(dòng)生育系統(tǒng)?！暗帽阋它c(diǎn)。如果任何一個(gè)醫(yī)生都能做到這一點(diǎn)，那就是”蒙恩說。
《麻省理工科技評(píng)論》（ MIT Technology Review ）列出了六家有著類似目標(biāo)的初創(chuàng)公司，它們的名字包括自動(dòng)試管嬰兒2.0、可想象生命科學(xué)公司和受精公司。其中一些公司的根就在專門從事微型芯片實(shí)驗(yàn)室技術(shù)的大學(xué)實(shí)驗(yàn)室里。
到目前為止，Overture已經(jīng)籌集了最多的資金：從科斯拉風(fēng)險(xiǎn)投資公司（Khosla Ventures）和YouTube前首席執(zhí)行官蘇珊沃西基（Susan Wojcicki）等投資者那里籌集了約3700萬美元。
更多嬰兒
企業(yè)家們說，實(shí)現(xiàn)試管嬰兒自動(dòng)化的主要目標(biāo)很簡單：那就是制造更多的嬰兒。大約有五十萬全球每年都有孩子通過試管嬰兒出生，但大多數(shù)需要幫助生孩子的人沒有獲得生育藥物或負(fù)擔(dān)不起。
“我們是如何從每年50萬嬰兒增加到3000萬的呢？””大衛(wèi)·塞布爾曾是一名生育醫(yī)生，現(xiàn)在經(jīng)營一家投資基金?！叭绻惆衙總€(gè)實(shí)驗(yàn)室都當(dāng)成定制的手工廚房，你就做不到，這就是試管嬰兒面臨的挑戰(zhàn)。這是40年來杰出的科學(xué)和真正平庸的系統(tǒng)工程?！?/p>
雖然目前還不存在一個(gè)完整的生育機(jī)器，但即使是將注射精子、冷凍卵子或培育胚胎等部分過程自動(dòng)化，也可能降低體外受精的成本，并最終支持更激進(jìn)的創(chuàng)新，比如基因編輯，甚至人工子宮。
但要完全自動(dòng)化試管嬰兒并不容易。想象一下，試著做一個(gè)機(jī)器人牙醫(yī)。試管受孕涉及十幾道程序，而Overture公司的機(jī)器人目前只完成了其中的一項(xiàng)，而且只是部分完成。
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序曲生命科學(xué)公司的一段視頻展示了一個(gè)卵子的“機(jī)器人”受精。一根振動(dòng)的針刺穿卵子，沉積一個(gè)精子細(xì)胞
威爾康奈爾醫(yī)學(xué)中心(Weill Cornell Medical Center)的生育醫(yī)生吉安皮耶羅·巴勒莫(Gianpiero Palermo)說：“這個(gè)概念非同尋常，但這是嬰兒邁出的一步。”帕勒莫在上世紀(jì)90年代開發(fā)了稱為ICSI的受精程序。巴勒莫指出，Overture的研究人員仍然依靠一些人工幫助來完成一些任務(wù)，比如將精子細(xì)胞裝入注射器針頭。“在我看來，這還不是機(jī)器人ICSI，”他說。
其他醫(yī)生對(duì)機(jī)器人能否或應(yīng)該在短期內(nèi)取代胚胎學(xué)家持懷疑態(tài)度。哥倫比亞大學(xué)生育診所主任澤夫·威廉姆斯說：“你把一個(gè)精子放入一個(gè)卵子中，盡可能地小心，盡量減少創(chuàng)傷?！本湍壳岸裕叭祟愡h(yuǎn)比機(jī)器好得多，”他說。
他的中心確實(shí)開發(fā)了一個(gè)機(jī)器人，但它有一個(gè)更有限的目標(biāo)：分配微小的液滴的生長培養(yǎng)基中的胚胎生長。威廉姆斯說：“如果液滴大小不同，這對(duì)胚胎沒有好處。”“一次又一次地制造相同的水滴——這就是機(jī)器人可以發(fā)光的地方?！彼Q之為將自動(dòng)化引入實(shí)驗(yàn)室的“低風(fēng)險(xiǎn)”方式。
微型支架
實(shí)現(xiàn)概念自動(dòng)化的一個(gè)障礙是所謂的微流體——芯片實(shí)驗(yàn)室技術(shù)的另一個(gè)名字——還沒有達(dá)到它的炒作。
杰瑞米·湯普森是澳大利亞阿德萊德的一名胚胎學(xué)家，他說，他的職業(yè)生涯都在研究如何讓胚胎在實(shí)驗(yàn)室里成長時(shí)“生活得更好”。但直到最近，他說，他對(duì)微流體系統(tǒng)的修修補(bǔ)補(bǔ)產(chǎn)生了一個(gè)明確的結(jié)果：“胡說八道沒成功?！?湯普森說，體外受精仍然是一個(gè)手動(dòng)的過程，部分原因是沒有人愿意把一個(gè)胚胎——一個(gè)潛在的人——托付給一個(gè)微型裝置，在那里它可能會(huì)被像氣泡一樣小的東西困住或傷害。
由Fertilis開發(fā)的3D打印微型搖籃被設(shè)計(jì)用來攜帶一個(gè)人類卵細(xì)胞
然而，幾年前，湯普森看到了一個(gè)小埃菲爾鐵塔的圖像，只有一毫米高。它是用一種新型的添加劑3D打印制造的，在這種打印中，光束的目標(biāo)是使液體聚合物硬化。他認(rèn)為這是必要的突破，因?yàn)檫@將讓他建立“一個(gè)盒子或一個(gè)圍繞胚胎的籠子”。
從那以后，他創(chuàng)辦的一家名為Fertilis的初創(chuàng)公司已經(jīng)籌集了幾百萬美元，用于打印所謂的透明“豆莢”或“微型搖籃”?！?這個(gè)想法是，一旦一個(gè)卵子被放入一個(gè)容器中，它可以更容易地處理和連接到其他設(shè)備，如泵添加微量溶液。
在Fertilis的一個(gè)豆莢里，一個(gè)卵子放在一個(gè)不比水珠大的容器里，但容器本身足夠大，可以用小鉗子夾起來。Fertilis發(fā)表的論文顯示，它可以快速冷凍搖籃內(nèi)的卵子，并通過用針推進(jìn)精子使其受精。
一個(gè)人的卵子大約有0.1毫米寬，在人眼所能看到的范圍之內(nèi)?，F(xiàn)在，為了移動(dòng)一個(gè)，一個(gè)胚胎學(xué)家會(huì)把它塞進(jìn)一根空心的針頭里，然后再噴出來。但是湯普森說，一旦進(jìn)入公司的搖籃，卵子就可以受精并發(fā)育成胚胎，就像在傳送帶上一樣，在機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室的各個(gè)站中移動(dòng)。“我們的整個(gè)故事是盡量減少對(duì)胚胎和卵子的壓力，”他說。
湯普森希望有一天，當(dāng)醫(yī)生從婦女的卵巢中收集卵子時(shí)，它們將被直接放入一個(gè)微型搖籃中，然后由機(jī)器人照顧，直到它們成為健康的胚胎?！斑@就是我的愿景，”他說。
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一段通過顯微鏡拍攝的視頻顯示，一個(gè)微針穿透了3D打印的卵子，直徑約0.1毫米
《麻省理工科技評(píng)論》發(fā)現(xiàn)，一家名為 AutoIVF 的公司，從馬薩諸塞州總醫(yī)院-哈佛大學(xué)微流體實(shí)驗(yàn)室剝離出來，已經(jīng)獲得了 400 多萬美元的聯(lián)邦撥款，以開發(fā)這種卵子收集系統(tǒng)。該公司稱該技術(shù)為“OvaReady”。
卵子收集發(fā)生在患者接受生育激素治療后。然后，醫(yī)生使用一個(gè)真空動(dòng)力的探測器來收集卵巢中成熟的卵細(xì)胞。由于它們漂浮在液體碎片中，并被包裹在保護(hù)組織中，胚胎學(xué)家需要手動(dòng)找到每一個(gè)細(xì)胞，然后用玻璃吸管輕輕地清潔它們。
AutoIVF的一位高管Emre Ozkumur拒絕討論該項(xiàng)目，因?yàn)樵摴鞠Ｍ霸诶走_(dá)下多待一會(huì)兒”但該公司的撥款和專利文件顯示，該公司正在測試一種設(shè)備，這種設(shè)備可以發(fā)現(xiàn)并分離卵子，然后自動(dòng)將卵子從周圍的組織中剝離出來，方法可能是讓卵子嗖嗖地穿過一個(gè)類似于顯微鏡下奶酪刨絲器的東西。
精子追蹤器
一旦有了卵子，醫(yī)生就需要將其與精子進(jìn)行匹配。為了幫助他們選擇合適的精子，墨西哥的生育醫(yī)生亞歷杭德羅·查韋斯-巴迪奧拉（Alejandro Chavez-Badiola）成立了一家名為IVF 2.0的公司，開發(fā)了一種軟件，對(duì)在培養(yǎng)皿中游動(dòng)的精子進(jìn)行排序和分析。這類似于計(jì)算機(jī)視覺程序跟蹤運(yùn)動(dòng)員在球場上奔跑、碰撞和轉(zhuǎn)換方向。
這項(xiàng)工作是通過評(píng)估精子的形狀和觀察它們的游泳能力來識(shí)別健康的精子。“Chavez-Badiola說：“活力是精子健康和正常的最終表現(xiàn)?！彪m然一個(gè)人一次只能盯著幾個(gè)精子，但電腦卻不面臨這個(gè)限制?！蔽覀?nèi)祟惿朴趯⒆⒁饬性谝稽c(diǎn)上。我們可以評(píng)估5個(gè)或10個(gè)精子，但你不能評(píng)估50個(gè)，“查維斯-巴迪奧拉說。
他的試管嬰兒診所正在對(duì)人類和計(jì)算機(jī)挑選的精子進(jìn)行一項(xiàng)面對(duì)面的研究，以觀察哪種精子能生出更多的嬰兒。到目前為止，計(jì)算機(jī)持有一個(gè)小的優(yōu)勢。
“我們并不聲稱它比人類更好，但我們確實(shí)聲稱它和人類一樣好。而且它永遠(yuǎn)不會(huì)累。一個(gè)人必須在早上8點(diǎn)，喝完咖啡后，在電話里吵了一架后，”他說。
查韋斯-巴迪奧拉說，這種軟件將是“指揮未來自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室的大腦”。今年，他將自己的精子追蹤項(xiàng)目賣給了可想象的生命科學(xué)公司，這是另一家在紐約成立的體外受精自動(dòng)化初創(chuàng)公司，查韋斯-巴迪奧拉將在那里擔(dān)任首席產(chǎn)品官。參加該公司的還有雅克·科恩，一位著名的胚胎學(xué)家，他曾在英國診所工作，1978年第一個(gè)IVF嬰兒出生在那里。
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由IVF 2.0開發(fā)的一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)使用圖像識(shí)別軟件對(duì)游動(dòng)的精子進(jìn)行跟蹤和分級(jí)
可以想象的是，它計(jì)劃建立一個(gè)“自主”的機(jī)器人工作站，可以使卵子受精和培育胚胎，并希望在今年展示所有關(guān)鍵步驟。但科恩允許自動(dòng)化可能需要一段時(shí)間才能成為現(xiàn)實(shí)?！斑@將一步一步地發(fā)生，”他說?！凹词故强此泼黠@的事情，也需要10年才能流行起來，20年才能成為常規(guī)?！?/p>
背后的投資者認(rèn)為，他們可以通過擴(kuò)大IVF的使用來獲利。幾乎可以肯定的是，IVF產(chǎn)業(yè)可能會(huì)增長到目前規(guī)模的五到十倍。在美國，只有不到2%的孩子是以這種方式出生的，但在丹麥，手術(shù)是免費(fèi)和鼓勵(lì)的，這個(gè)數(shù)字接近10%。
說：“這才是真正的需求阿蘭·穆雷他是一位有軟件和合作空間背景的企業(yè)家，他與他的商業(yè)伙伴喬舒亞·艾布拉姆共同創(chuàng)建了“可想象”公司。他說：“挑戰(zhàn)在于，這些富有而又古怪的國家能夠做到這一點(diǎn)，但世界其他國家卻做不到。但他們已經(jīng)證明了人類真正的需要?！八麄冇媒疱X做的事，我們需要用技術(shù)來做。”
默里估計(jì)，在美國，試管嬰兒的平均費(fèi)用為8.3萬美元，如果算上失敗的話，這是很常見的。他說，他的公司的目標(biāo)是降低70%的成本，他說，如果成功率提高，這是可能發(fā)生的。
但這并不是說機(jī)器人會(huì)降低試管受精的成本，也不會(huì)把節(jié)省下來的錢轉(zhuǎn)嫁給病人。懷孕科學(xué)公司Fecundis的顧問兼首席執(zhí)行官麗塔·瓦塞納(RitaVassena)說，該領(lǐng)域有在不顯著提高懷孕率的情況下引入創(chuàng)新的歷史?！摆厔菔菍y試和技術(shù)堆積在一起(…)而不是真正的努力，以降低準(zhǔn)入壁壘，“她說。
未來世界
去年秋天，序曲的研究人員和新希望的醫(yī)生發(fā)表了描述他們的工作與機(jī)器人，聲稱有兩個(gè)病人已經(jīng)懷孕。新希望創(chuàng)始人、該報(bào)告的資深作者張約翰（John Zhang）說，這是在獲得該研究的倫理批準(zhǔn)后進(jìn)行的。
這兩個(gè)孩子現(xiàn)在都已經(jīng)出生了，新希望的卵子捐贈(zèng)協(xié)調(diào)員Jenny Lu說。《麻省理工技術(shù)評(píng)論》采訪了其中一個(gè)孩子的父親。
“這是野生的，不是嗎？”這位要求匿名的父親說。“他們說，到目前為止，它一直是手動(dòng)完成的?！?/p>
他說，他和他的伴侶之前嘗試過幾次試管嬰兒，都沒有成功。兩例機(jī)器人注射都涉及捐贈(zèng)卵子，這些卵子是免費(fèi)提供給患者的（否則可能要花費(fèi)15000美元）。在每一個(gè)案例中，在受精并成長為胚胎后，它們被植入患者的子宮。
捐贈(zèng)卵子最常用于年齡較大、40多歲、否則無法懷孕的患者。
由于自動(dòng)化不能直接解決卵子老化的問題，試管嬰兒實(shí)驗(yàn)室也不能解決生育治療失敗的棘手問題。然而，自動(dòng)化可以讓醫(yī)生開始精確地衡量他們的工作，使他們能夠微調(diào)他們的程序。即使是成功率的小幅增長，也可能意味著每年多生數(shù)萬名嬰兒。
美國南部連鎖診所“創(chuàng)新生育”（Innovation Fertility）的首席科學(xué)家凱瑟琳米勒（Kathleen Miller）表示，她的中心現(xiàn)在正使用計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)來研究發(fā)育中胚胎的延時(shí)視頻，并試圖找出是否有任何數(shù)據(jù)可以解釋為什么有些胚胎會(huì)變成嬰兒，而有些則不會(huì)。她說：“我們正在把它應(yīng)用到模型中，問題是‘告訴我一些我不知道的事情’?！?/p>
“我們將看到胚胎學(xué)家的進(jìn)化，”米勒預(yù)測?！艾F(xiàn)在，他們是技術(shù)人員，但他們將成為數(shù)據(jù)科學(xué)家?！?/p>
對(duì)于一些試管嬰兒自動(dòng)化的支持者來說，一個(gè)更加狂野的未來在等待著他們。通過將概念交給機(jī)器，自動(dòng)化可能會(huì)加速基因組編輯或從干細(xì)胞制造卵子的先進(jìn)方法等仍有爭議的技術(shù)的引入。
雖然穆恩說，序曲生命沒有計(jì)劃改變兒童的基因組成，但他認(rèn)為，使用精子注射機(jī)器人來實(shí)現(xiàn)這一目的是很簡單的，因?yàn)樗梢詫⒕_量的基因編輯化學(xué)物質(zhì)分配到卵子中。“它應(yīng)該很容易添加到機(jī)器，”他說。
更具有投機(jī)性的技術(shù)即將出現(xiàn)。生育機(jī)器可以逐漸演變成人造子宮，孩子在科學(xué)中心孕育直到出生。湯普森說：“我相信我們會(huì)達(dá)到目的的。”“有可信的證據(jù)表明，我們認(rèn)為不可能的事情，并不是那么不可能?！?/p>
另一些人則設(shè)想，機(jī)器人最終可以被發(fā)射到外太空，并在靜止的玻璃狀態(tài)下儲(chǔ)存卵子和精子。在經(jīng)過千年的遙遠(yuǎn)星球之旅后，這些機(jī)器可能會(huì)啟動(dòng)并創(chuàng)造一個(gè)新的人類社會(huì)。
這都是創(chuàng)造更多人的目標(biāo)的一部分，而不僅僅是在地球上。查韋斯-巴迪奧拉說：“人們認(rèn)為人類應(yīng)該是一個(gè)星際物種，人類的生命周期不足以觸及這些世界?！薄翱茖W(xué)家的工作之一就是不斷地做夢?！?/span>
