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早产是导致五岁以下儿童死亡和残疾的主要原因。据2020年的数据显示，全球约有1340万例早产儿。为了应对这一挑战，美国费城儿童医院的研究团队正在开发一种可模拟子宫环境的创新设备，并为其申请首次人体临床试验的批准。这款名为“新生儿发育宫外环境（EXTEND）”的设备通过模仿真实的子宫环境，旨在降低极早产儿的死亡率和残疾率。这种被誉为“人造子宫”的技术，不仅有望改善早产儿的临床治疗效果，而且可能在新生儿医学领域带来革命性的变革。
世界卫生组织（WHO）将早产定义为在妊娠的第37周前出生的胎儿。早产已经成为五岁以下儿童死亡和残疾的主要原因，成为了全球的一大健康难题。
早产可以根据胎龄进一步分类为：极早产（少于28周），非常早产（28至不到32周），以及中晚期早产（32至37周）。据WHO统计，2019年大约有90万儿童死于早产相关并发症。许多早产儿幸存者在后续生活中可能会遭遇各种挑战，如学习障碍、视觉问题和听觉障碍。早产的原因多种多样。尽管大多数早产是自发的，但也存在因特定医学因素而发生的早产，如感染或其他妊娠并发症，这可能导致医生建议提前引产或剖腹产。除此之外，多胎妊娠、糖尿病、高血压等慢性疾病也是早产的常见原因。尽管在某些情况下我们能够确定早产的具体原因，但很多时候早产原因并不明确。还有研究指出，遗传可能也是早产的一个相关因素。为了更准确地了解早产的成因和机制，并找出相应的对策，我们需要进一步的深入研究。
如果现有的医学手段无法延长胎儿在母体中发育的时间，那么我们是否能为早产儿打造一个“人造子宫”，通过模拟真实的子宫环境，让早产儿在体外完成更全面的发育？秉承这一思路，费城儿童医院的研究团队正在做出努力。他们所开发的EXTEND装置是一种模仿自然子宫环境的人造子宫，其原意并非支持胎儿从受孕到出生的发育全过程，而是模拟自然子宫的一些元素，以增加早产儿存活率并改善预后。对于早产婴儿，特别是胎龄较小的婴儿，死亡和残疾的风险是相当高的，这主要是因为肺和大脑是人类最后发育成熟的器官。这也是为什么产科医生会尽其所能防止早产发生，毕竟，胎儿在子宫内停留的时间越长，其长期生存和健康的几率就越大。在子宫中，胎儿能够通过胎盘获取氧气、营养、抗体和荷尔蒙信号，同时也能将废物排出体外。人造子宫技术尤其注重为胎儿提供氧气以及排出二氧化碳的功能，这样的技术旨在替代新生儿常用的机械呼吸机。研究人员表示，人造子宫将在早产婴儿面临肺部和脑部受损风险最高的关键几天或几周内为他们提供支持。当婴儿的器官更为成熟，健康生存的几率增加时，他们会逐渐停止使用人造子宫技术。这款EXTEND人造子宫装置主要通过一种被称为“生物袋”的设备来为极早产儿提供支持。这个生物袋中充满了电解质液体，其目的是模仿羊水环境。为了使胎儿得到足够的氧气，外科医生将把脐带上的血管与一个体外的供氧血液系统相连接。在这种情况下，胎儿的心脏仍然会继续泵送血液，如同它在自然子宫中的状态。然而，与脐带上血管建立连接的过程并不容易，因为这些动脉非常细小，并在婴儿出生后迅速开始收缩。为了成功地将血管连接到系统上，外科医生必须在短短几分钟内完成这一手术步骤。研究人员已在羊羔上进行了该系统的测试。羊羔因其发育过程与人类相似，经常被选为胎儿研究的实验对象。正常的绵羊怀孕周期约为5个月，研究团队使用的羊羔的发育阶段与23周大的人类胎儿相当。到2017年，这个团队宣布他们已成功使用这种人造子宫技术，让8只羊羔存活了长达4周，相关实验结果被整理发表在《自然》杂志子刊Nature Communications。
在这4周时间里，生活在EXTEND装置中的羊羔保持稳定的血流动力学，具有正常的血气和氧合指数，并且胎儿循环保持通畅。在适当的营养支持下，羊羔表现出正常的体细胞生长、肺成熟、大脑生长和髓鞘形成。为了进一步研究这种装置对器官发育的具体影响，研究人员在四周后对这些羊羔实施了安乐死并进行了研究分析。
▲生活在EXTEND装置中的早产羊羔（图片来源：参考资料[2]）
目前，该装置仍处于测试阶段，研究人员正在与美国FDA对话以寻求批准该装置的首次人体临床试验。在2017年描述该项目的视频中，领导该项目的科学家说：“如果它像我们想象的那样成功，最终，大多数被预测有极度早产风险的孕程将提前交付给我们的系统，而不是提前交付给呼吸机。”2019年，该研究团队的几名成员加入了初创公司Vitara Biomedical，该公司此后筹集了近1亿美元以开发EXTEND。值得一提的是，费城儿童医院的研究团队并不是唯一一家在人造子宫技术上发力的研究团队。例如，美国密歇根大学健康中心的团队正在开发一种人造胎盘，其用途与EXTEND设备相同，但使用了不同的方法。密歇根大学团队的设备没有用液体浸没婴儿，而是通过气管插管用液体只填充他们的肺部。它还使用泵从颈静脉抽血，在体外供氧，然后通过脐静脉将其送回。除此之外，西班牙、日本、澳大利亚、新加坡和荷兰的小组也在开发人造子宫技术。各种方法都有其优缺点。以费城儿童医院所开发的设备为例，它的使用需要孕妇进行剖腹产，这是因为在分娩时，脐带动脉开始迅速闭合，而自然分娩可能会耗费较长时间。对于孕妇而言，选择剖腹产带有一定的风险，这一点必须得到充分考虑。而相较之下，由于脐静脉的关闭速度较动脉慢，使用密歇根大学团队的设备的孕妇可以选择自然分娩。如果早产儿出生后无法独立呼吸，他们还可以选择将其连接到该设备上。但这一设备使用的外部泵可能增加心脏负担或导致脑出血的风险。从目前公布的数据来看，密歇根大学的团队成功地使羔羊存活了大约2周，而费城儿童医院的团队达到了4周。这些不同的成果显示，在寻找最佳的人造子宫以支持早产儿发育的方法上，我们还有很多需要进一步探索和学习的地方。
从羊羔转向人类婴儿的应用，不论是在技术还是伦理层面，都存在许多有待解决的难题。其中，一个备受关注的问题是这项技术是否可能完全取代自然怀孕，这样的变革可能对社会和文化带来深远的影响。然而，对此，研究人员予以驳斥，他们明确指出这项技术的初衷不是替代自然怀孕，而是为了优化早产儿的生存状况。除此之外，这项技术的安全性也是人们最为关注的焦点。在进行临床试验之前，研究者必须确保该技术对母亲和婴儿都是安全无害的。同时，人们也关心在人造子宫中成长可能带来的长期生理和心理影响，以及它对母亲和孩子关系的潜在心理效应。
除了上述问题，一些研究人员对开发和应用人造子宫技术的成本表示关切。他们认为，这些资源或许更应该投入于提升妊娠支持和早产儿重症监护的现有技术。长期而言，这样的努力可能会减少对人造子宫技术的依赖和需求。
目前，研究人员已经完成了人造子宫技术的初步概念验证。随着技术的不断进步，我们有理由相信在不久的将来，这项技术将步入临床，为早产儿的治疗提供了新的可能性。然而，在这项技术进一步发展的过程中，我们必须重视其伦理问题，特别是在人类的应用。尽管人们普遍看好这一创新治疗方法，但我们不能将其仅仅视为新生儿护理的延伸，并忽视其中的伦理挑战。此外，研究人员不仅在持续优化这项技术，还在探索其在动物胚胎发育中的应用。在这个技术日新月异的时代，我们必须仔细权衡其伦理影响，并确保其以负责任和安全的方式进行开发和应用。
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参考资料：
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[4] Flake, Alan W et al. “The artificial placenta and EXTEND technologies: one of these things is not like the other.” Journal of perinatology : official journal of the California Perinatal Association, 10.1038/s41372-023-01716-2. 1 Jul. 2023, doi:10.1038/s41372-023-01716-2
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