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，組裝了一臺顯微鏡、一根機(jī)械化的針頭、一個微型培養(yǎng)皿和一臺筆記本電腦。
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人類卵子，然后自己向前移動，穿透卵子，落下一個精子?？偟膩碚f，這個機(jī)器人被用來使十幾個卵子受精。
研究人員說，這個過程的結(jié)果是獲得了健康的胚胎——現(xiàn)在又有了兩個女嬰，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 ）自動化的第一步，有可能讓這個過程比現(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，整個過程可以自動完成，或者幾乎可以自動完成。例如，Overture公司已經(jīng)提交了一份專利申請，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的微小通道。
“想象一下一個盒子，里面放著精子和卵子，五天后胚胎就出來了，”獲獎遺傳學(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)生辦公室的自動生育系統(tǒng)?！暗帽阋它c(diǎn)。如果任何一個醫(yī)生都能做到這一點(diǎn)，那就是”蒙恩說。
《麻省理工科技評論》（ 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€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。”
雖然目前還不存在一個完整的生育機(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。
但要完全自動化試管嬰兒并不容易。想象一下，試著做一個機(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卵子的“機(jī)器人”受精。一根振動的針刺穿卵子，沉積一個精子細(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：“你把一個精子放入一個卵子中，盡可能地小心，盡量減少創(chuàng)傷?！本湍壳岸?，“人類遠(yuǎn)比機(jī)器好得多，”他說。
他的中心確實(shí)開發(fā)了一個機(jī)器人，但它有一個更有限的目標(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，這對胚胎沒有好處?！薄耙淮斡忠淮蔚刂圃煜嗤乃巍@就是機(jī)器人可以發(fā)光的地方?！彼Q之為將自動化引入實(shí)驗(yàn)室的“低風(fēng)險(xiǎn)”方式。
微型支架
實(shí)現(xiàn)概念自動化的一個障礙是所謂的微流體——芯片實(shí)驗(yàn)室技術(shù)的另一個名字——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“生活得更好”。但直到最近，他說，他對微流體系統(tǒng)的修修補(bǔ)補(bǔ)產(chǎn)生了一個明確的結(jié)果：“胡說八道沒成功?！?湯普森說，體外受精仍然是一個手動的過程，部分原因是沒有人愿意把一個胚胎——一個潛在的人——托付給一個微型裝置，在那里它可能會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)用來攜帶一個人類卵細(xì)胞
然而，幾年前，湯普森看到了一個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“一個盒子或一個圍繞胚胎的籠子”。
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”?！?這個想法是，一旦一個卵子被放入一個容器中，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的一個豆莢里，一個卵子放在一個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)。現(xiàn)在，為了移動一個，一個胚胎學(xué)家會把它塞進(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)室的各個站中移動?！拔覀兊恼麄€故事是盡量減少對胚胎和卵子的壓力，”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，它們將被直接放入一個微型搖籃中，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)生使用一個真空動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)家需要手動找到每一個細(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，對在培養(yǎng)皿中游動的精子進(jìn)行排序和分析。這類似于計(jì)算機(jī)視覺程序跟蹤運(yùn)動員在球場上奔跑、碰撞和轉(zhuǎn)換方向。
這項(xiàng)工作是通過評估精子的形狀和觀察它們的游泳能力來識別健康的精子?！癈havez-Badiola說：“活力是精子健康和正常的最終表現(xiàn)?！彪m然一個人一次只能盯著幾個精子，但電腦卻不面臨這個限制?！蔽覀?nèi)祟惿朴趯⒆⒁饬性谝稽c(diǎn)上。我們可以評估5個或10個精子，但你不能評估50個，“查維斯-巴迪奧拉說。
他的試管嬰兒診所正在對人類和計(jì)算機(jī)挑選的精子進(jìn)行一項(xiàng)面對面的研究，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)不會累。一個人必須在早上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IVF嬰兒出生在那里。
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由IVF 2.0開發(fā)的一個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)使用圖像識別軟件對游動的精子進(jìn)行跟蹤和分級
可以想象的是，它計(jì)劃建立一個“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。但科恩允許自動化可能需要一段時間才能成為現(xiàn)實(shí)。“這將一步一步地發(fā)生，”他說。“即使是看似明顯的事情，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)和鼓勵的，這個數(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?！?/p>
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)器人會降低試管受精的成本，也不會把節(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。
這兩個孩子現(xiàn)在都已經(jīng)出生了，新希望的卵子捐贈協(xié)調(diào)員Jenny Lu說。《麻省理工技術(shù)評論》采訪了其中一個孩子的父親。
“這是野生的，不是嗎？”這位要求匿名的父親說?！八麄冋f，到目前為止，它一直是手動完成的?！?/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變成嬰兒，而有些則不會。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>
對于一些試管嬰兒自動化的支持者來說，一個更加狂野的未來在等待著他們。通過將概念交給機(jī)器，自動化可能會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?！八鼞?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：“我相信我們會達(dá)到目的的?！薄坝锌尚诺淖C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)器可能會啟動并創(chuàng)造一個新的人類社會。
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>
