3Dプリント人工子宮が登場。将来、女性は自分で妊娠する必要がなくなるのでしょうか？

出典: 中国医療チャンネル未熟児とは、妊娠期間が 37 週未満の新生児を指します。近年、中国における早産児の発生率は増加傾向にあり、約7％に達している。未熟児の生存率は妊娠期間と関係があります。妊娠期間が短いほど、また体重が軽いほど、死亡率は高くなります。出生時の体重が1500グラム未満の乳児の死亡率は新生児死亡全体の約50％を占め、関連する後遺症の可能性も比較的高い。
未熟児の生存率を向上させ、合併症を減らすことは、解決すべき緊急の課題です。さらに、子宮疾患を持つ女性にとって、妊娠して子供を産むことは贅沢なものとなっている。
子宮内環境を体外でシミュレートして胚の発育を可能にすることができれば、上記の問題は両方とも同時に解決されます。
科学者たちは、哺乳類の子宮と卵生動物の卵子の状態をシミュレートし、受精卵が人工的な環境で発育できるようにすることで、母親の必要性をなくす人工子宮のアイデアを提案した。
これまである程度の進歩は見られましたが、人工子宮の応用の将来はどの程度でしょうか?
出典: neo.life
羊の人工子宮が実現した 1923年、ハルデインがケンブリッジ大学の講義で初めて人工子宮について詳細に議論した後、さまざまな国の科学者が胎児が母親から独立して成長する可能性を研究し始めました。
1954年、エマニュエル・グリーンバーグは初めて人工子宮装置を設計し、特許を取得しました。設計には、羊水で満たされた胎児を収容するタンク、臍帯に接続された機械、血液ポンプ、人工腎臓、温水器が含まれていた。これは単なる大まかなアイデアです。

1987年、順天堂大学の桑原好則教授は子宮外胎児保育システムEUFI（Extrauterine Fetal Incubation System）を開発しました。子宮外胎児培養システムは、母ヤギの羊水環境と類似した人工羊水環境を備えている。研究者らは、これまでの実験に基づき、ヤギが満期を迎えるまでの培養期間を3週間まで延長することに成功した。しかし、ヤギの胎児は動くとカテーテルを挟んだり引き抜いたりする可能性があるため、桑原氏は筋弛緩剤で胎児を麻痺させた。しかし、弛緩剤のせいで胎児は正常に呼吸できず、研究者らが4週間後に人工呼吸器を外すと、ヤギは数時間で死亡した。
2017年、フィラデルフィア小児病院のアラン・フレーク氏のチームは、自分たちが開発した「人工子宮」を使った動物実験をネイチャー・コミュニケーションズ誌に発表した。彼らは、中期（人間の妊娠22～24週に相当）まで発育した未熟なヤギの胎児を「人工子宮」内で4週間維持し、臨界期を生き延びることに成功した。フレイク博士は、妊娠期間がさらに短い子羊（105～108日齢）を体外で4週間培養することにも成功しました（最終的には動物実験の制限により中止されました）。

この人工子宮は、具体的には特殊な材料で作られた生物学的バッグです。生物学的バッグは雌羊の子宮を模しており、羊水で満たされています。生物学的バッグの外側には機械胎盤が配置されており、機械胎盤の血管は未熟な子羊の臍の緒に接続されています。
人工子宮は特別なチャネルに接続されており、毎日一定量の羊水が注入され、その中で暮らす未熟児の子羊が母親の子宮環境に浮かんでいるような状態を保つようになっています。子羊の体内には、栄養素と酸素を含んだ新鮮な血液が継続的に送られ、また、子羊の心臓は二酸化炭素やその他の代謝物質を含む古い血液を機械胎盤に押し出し、血液を再生して子羊の体内に戻します。

人工子宮での妊娠期間中、これらの未熟子羊はすべて正常に発育し、血圧やその他の健康指標は安定しており、その他の合併症は見られませんでした。子羊の中には1歳以上で生まれた子羊もおり、さまざまな指標を検査した結果、正常に繁殖した子羊と差はなかった。この技術が人間に適用できれば、未熟児の生存率が大幅に向上するだろう。
我が国でも人工子宮の実験が行われています。 2020年12月、鄭州大学第一付属病院は、人工子宮と羊の胎児の体外培養に初めて成功しました。この研究は、胸部外科、産科、体外サポートセンターのECMOチームが共同で推進しました。この研究は我が国の体外培養におけるギャップを埋めるものです。

人工子宮がマウスの胚の完全な初期発達を目撃
2021年3月、ネイチャー誌はイスラエルのワイツマン科学研究所による最新の研究を発表した。同研究所は「人工子宮」を使って数百匹のマウスの繁殖に成功し、マウスの臓器発達指標はすべて正常だったという。
この研究の何が特別なのでしょうか?
前述の研究は、実験室環境での初期の胚分裂と短期的な発達、または臓器形成後に子宮から胎児を取り出して実験室で成長を続けることに限られています。この研究は、胚がどのようにして生物へと成長するかを観察するために、「胚の完全な初期発達」に焦点を当てています。
研究チームは、生後わずか7.5日目の母マウスから、内細胞塊の分化を経て外胚葉と原始内胚葉を形成した胚を採取した。この時点で、胚はわずか250個の細胞で構成されていた。胚は、保育器、栄養剤、換気システムを備えた「人工子宮」環境に置かれます。一見単純なアイデアと運用ですが、構想から運用が成功するまで 7 年かかりました。

図 b の回転するホイール内のガラス瓶は、マウスの胚を育てる「子宮」です。この瓶には、胚細胞に栄養を与え、胚の発育に必要な栄養素、ホルモン、糖分を供給する特別な液体が入っています。ホイールの回転により、胚がガラス瓶の側面に付着するのを防ぎ、胚が変形したり発育が止まったりするのを防ぎます。図cは、「人工子宮」で培養されたマウスの胚が細胞球からマウスの胎児に成長し、すべての臓器が出現し、心臓が鼓動し、脳が完全に発達している様子を示しています。
この技術は、胚発生の研究にも新たな扉を開きます。子宮内部の画像化の限界を回避し、研究者が胚発生のプロセスを直接観察できるようにし、受精卵移植や流産などの研究に応用することができます。
子宮を3Dプリントすることは可能ですか？
前述の人工子宮は子宮内環境を模擬できるが、所詮は生物の袋である。では、本当に組織型の人工子宮は実現できるのだろうか？
機械に頼るこれまでのモデルとは全く異なり、2001年にコーネル大学産婦人科の劉紅青教授が体外で「子宮」という臓器を再建した。
まず、ヒトの受精卵と子宮内膜細胞を一緒に培養し、まずコラーゲンマトリックス内で子宮内膜細胞を増殖させます。細胞は子宮内膜組織に似た多層プラグを形成し、最終的にコラーゲンとコンドロイチンで構成された生分解性の子宮型スキャフォールドを構築します。次に、その上に子宮内膜細胞を「播種」し、安定したらスキャフォールドとして使用した材料を分解して、3次元の「人工子宮」を構築します。
米国の法律では体外受精による胚の発育は14日を超えてはならないと定められているため、実験は6日目に終了した。しかし、体外で子宮内膜の再建が達成されたのは今回が初めてだ。
サイエンス誌によると、米国カーネギーメロン大学の科学者らは、3Dバイオプリンターと原料としてヒトコラーゲンを使用し、最大20ミクロンの細かさで機能する心臓組織を印刷することに成功したという。印刷された心臓組織は生きた細胞と毛細血管を埋め込まれ、鼓動して血液を送り出すことができます。
さらに、深セン先進技術研究所も2017年に「3Dプリント人工子宮内膜、その製造方法および応用」の特許を申請した。本発明はバイオテクノロジーの分野に関し、具体的には、3D 印刷技術によって作製された人工子宮内膜に関する。 3Dバイオプリンティング技術により、生体適合性スキャフォールドと子宮内膜間質細胞/上皮細胞が生体活性人工子宮内膜に作られます。
将来的には3Dプリント子宮が可能になるかもしれないことがわかります。

人工子宮は大きな進歩を遂げていますが、技術的な観点から見ると、まだ非常に未熟です。「産卵管」と同様に、妊娠の最終段階で子宮の一部の機能を果たし、早産の生存率を高めることしかできません。生殖プロセス全体をサポートするには不十分です。
第二に、母親の体内での胎児の成長と発達の過程では、栄養の摂取やホルモンの調節だけでなく、感情的なコミュニケーションなども関係している可能性があります。現在、人間は母親の体外の胚と正常な生殖能力を持つ胚の違いについてほとんど知りません。
他の人工臓器と比較すると、人工子宮はより多くの倫理的論争に直面しています。人工子宮は未熟児の生存率の問題を解決し、不妊女性に妊娠の可能性を提供できるのでしょうか？それとも、「個人的に」妊娠を望まない女性を支援するために使用されているのでしょうか?
テクノロジーの不適切な使用は、さまざまな予期せぬ社会問題を引き起こす可能性もあります。技術の進歩は常に人類の幸福に役立つべきです。倫理的な思考と議論のための時間ももっと必要です。
参考文献: 1. Nat Commun. 2017年4月25日;8:15112. 極度未熟児の子羊を生理的にサポートする子宮外システム 2. Ann Biomed Eng. 2017年7月;45(7):1746-1757. 3D細胞培養と子宮筋組織工学の可能性 3. Nature. 2021年5月;593(7857):119-124. 胚盤胞形成前から後期器官形成までのマウスの子宮外胚発生

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