自1999年起，《麻省理工科技评论》每年在全球范围内从生物医药技术、能源材料、人工智能等多个前沿学科和科技领域中遴选出35岁以下对未来科技发展产生深远影响的青年科技人才-“35岁以下科技创新35人”。2017年《麻省理工科技评论》将这份最权威的榜单落地中国，旨在以全球视野挖掘最有创新能力的科技青年领军人，并为这些青年科学家搭建一个高度国际化的舞台。

为聚集全球创新人才和资源，打造创新人才高地，中关村科学城与北京清华工业开发研究院联合《麻省理工科技评论》中国，于2023年3月30日-31日在北京·海淀中关村自主创新示范区展示中心会议中心举办全球青年科技领袖峰会暨《麻省理工科技评论》“35岁以下科技创新35人”中国发布仪式。

以下是中国科学院动物研究所研究员于乐谦在全球青年科技领袖峰会的精彩演讲，由云现场整理。

各位大家下午好，非常荣幸能够在这里向大家介绍我的工作，也要感谢《麻省理工科技评论》让我能够加入TR35这个大家庭，我今天想要分享的就是从1到正无穷：人工合成胚胎，为什么起这个题目，大家等我的报告结束之后，也许会有一个答案。

因为我们这期的主题其实是解码生命，那么就有一个问题，什么是生命？这是一个很原始的问题，我相信在座每一个人也许在夜深人静的时候也会自己问自己什么是生命，这也是我们每一个做生命科学的终极目标，那么什么是生命？不同的时期，不同的历史背景下，不同技术条件下，也许每个人的答案是不一样的。

比如说我们回到最早，我们在1855年一个英国的医生William  Harvey在他的著作《动物的诞生》第一页给出了他的答案，就是“卵生万物”，什么是“卵生万物”，那个年代大家还不知道什么是细胞，什么东西都不知道，所以这个卵肯定不是现在理解的受精卵，那这个卵在他的概念中其实就是一个壳子，因为那个时候人们只能观察到基因一些爬行动物是从一个蛋里面长出来的动物，所以他认为可能人体也有这么一个蛋，把这个蛋打开，里面就有一个小人跳出来了，大家现在知道不可能是这样的。

直到之后列文·虎克发现了显微镜，他在成年的雄性动物的体内可以看到这样的蝌蚪样的东西，但是他也不知道是什么东西，但雌性没有，在幼年或者是在老年也是没有的，这个时候他认为这种可能是生命的源泉，像蝌蚪状一样的东西，也就形成了“先成论”和“后成论”的说法，对于“后成论”比较有代表性的就是尼古拉斯的荷兰的显微镜学家在他的著作里面画了一幅这样的图，在一个蝌蚪状里面蹲了一个小人，标准的先成论的说法，就是说所有的人本身已经形成了他们钻在这样一个蝌蚪状的东西里面，这个蝌蚪状钻到雌性的体内，在雌性体内长大，我们现在都知道，在“先成论”和“后成论”大概经历了几个世纪的争论之后，我们现在知道先成论是失败的，但是后成论也没有成功，因为我们仍然不能回答什么是生命这个问题。

直到19世纪初期，通过显微镜发现细胞才是整个生物的基础，我们所有的人体，所有的动物都是通过细胞组成的，这时候才知道细胞是载体，当然现在有可能将来的生命也有可能是归集了，现在还不知道，到后面薛定谔给出了生命另外一种解释，这是我非常喜欢的一个说法，他在他的著作《What Is Life》里面提到了，生命其实就是不断的维持熵减的过程，什么是熵减？大家其实都知道，因为正常自然界大家都是熵增，生命就是不断的让霍乱度降低，让无序变成有序，让有序成为系统，让系统发育成为生命。

从一个物理的角度对于生命的解释，大家可以去看所有的生命基本上都是符合这个特征的，包括从我们发育，从受精卵到形成我们这样的一个复杂的个体，就是一个熵减的过程。现在我们知道随着显微镜的技术、测序的技术等等一系列的现有技术发展，我们现在知道了生命的起点其实就是受精卵，就是配子的结合，以及胚胎的发育，这是我们现在已知的生命起点。

生命的起点是不是只有这样子呢？我们会有新的起点，近5年内人工合成胚胎，也就是人工胚胎领域在飞速的发展。比如大家可以看到左边是人类自然的囊胚发育，右边这个是通过干细胞合成的人工胚胎发育，它们是非常相似的，也都是从无序到有序。有没有可能将来的生命会是以人工胚胎的形式开始的呢？

什么是人工胚胎？这也是我所研究的方向，我们都知道从一个受精卵，或者所有的动物都是一个受精卵发育过来的，受精卵它经过无数次的分裂、分化形成一个复杂的组织，但是细胞是怎么知道它该在什么时候去形成一个皮肤，或者在什么时候形成一个内脏，它是怎么知道的？它是不知道的，尤其是对于人类的发育而言，我们不可能，包括受到了一些伦理的限制，以及我们没有这样子的研究样品去研究这样子的人类发育的过程。

那么，我们怎么办，所以说对于人类的发育，尤其是早期发育，基本上还是黑盒子。我们就有了这样一个想法，其实在早期发育过程中，胚胎过程中，其实只有三类细胞，大家看这张图就可以看明白，早期这里有3种颜色，红色、绿色和蓝色。大家不用管它的名字，大家只用知道红色的细胞会发育成我们所有的个体，我们每一个人在早期其实就是那么几颗红色的细胞，它的名字是上皮层细胞，只有这一圈细胞会发育成为我们的个体，包括外面还有另外的两种细胞，一种是绿色的，下皮层细胞，一种是蓝色的，滋养层细胞。

这两种细胞最后会分裂发育成为胎盘和卵黄囊，相当于它对整个胚胎发育过程中起到了一种支撑作用。早期胚胎如果只有这3种细胞，如果想研究早期胚胎发育，刚才的结构是小鼠的，这里展示了一个人的，他们的结构上是不同的，小鼠和人在早期发育过程中胚胎结构是不同的，但是细胞组成是一致的，就是由3种细胞组成的。

我们如果想去研究这样子的胚胎怎么做，比如说我们想去研究手机，当然是把手机拆开来，研究胚胎发育能不能把胚胎拆开来去研究它的发育，这是我们的一个出发点，这里就要引入我所研究的最最基础的东西，也是我实验室最关心的一个东西，就是多能干细胞。

什么是多能干细胞？为什么叫干细胞？因为它就像树干一样，首先具有无限增殖的能力，从一到无穷，可以变成所有体内的组织，就跟大树一样它可以枝繁叶茂，所以它是多能干细胞，多能干细胞也是我实验室最主要的一个研究方向。

除了多能干细胞它现在目前是有两种来源，一种是通过人的囊胚，也就是早期的胚胎中分离出来的胚胎干细胞，另外一种方法就是最最神奇的，我们可以从人的皮肤或者是其它的体细胞里面，我们拿到一点点的组织，通过重编程技术也可以把它退回到多能干细胞，这两个技术当时也分别获得了2007年和2012年的诺贝尔奖。

刚才介绍了早期胚胎的3种最基本的细胞类型，刚才也讲的胚胎干细胞，就是这个红色的。其实另外的两种细胞也都已经在体外被成功分离出来了，我们现在已经有了这样子3种类型的细胞，我们能不能去把它组合起来呢？首先我们要回答一个问题，这个细胞它本身有没有能力成为一个个体，目前有两篇文章已经明确的证明了，当你胚胎干细胞放到小鼠的胚胎里面之后，它是可以形成个体的，证明胚胎干细胞是有这样子的能力，它可以从细胞变成一个完整的个体，对于另外的两种组织能不能行，现在还是不知道的。

这是在2018年的时候，英国有一个实验室它做这样的工作，它把三种小鼠原始的细胞放到一起，就可以形成这样子跟真正胚胎非常相似的结果，大家可以看到上面是人工合成胚胎，下面这个是自然胚胎，基本上是完全一致的。

并且在去年有两篇文章背靠背，就是用了这个系统，让人工的胚胎在体外发育，可以看到它的结构和真正的小鼠胚胎基本上是一致的，脑神经的发育，以及肠子的发育，包括心跳完全是一致的。因为技术限制使它没有办法往后发育，但是我们通过小鼠的工作已经可以看到人工胚胎它是有这样子形成一个完整个体的潜力。

那么人呢？这也是我们最主要的一个工作，我们用人的多能性干细胞，我们结合了3D的培养方法，我们建立起来一个人的胚胎，这里面有两个，大家可以看到一个是人工胚胎，一个是自然胚胎，它俩在结构上非常相似，外面有一个腔，里面有一佗细胞，我们所有人都是从那一佗细胞发育而来的，大家可以看到人工和自然的其实是很相似的。

右边是我们自己做的人工胚胎，它们在结构上是非常相似的，细胞数目、大小以及组成上都是一致的。包括我们也通过一些关键性的蛋白，我们去标定了刚才说的那3种最重要的细胞组织类型，可以看到蛋白的表达和人工胚胎、自然胚胎也是非常类似的。

也用了常用的单细胞测序手段，我们可以看到人工胚胎和自然胚胎的组成，基本上是能符合的，人工胚胎可以Cover基本上所有的自然胚胎细胞类型。更重要的就是我们想去拿到自然胚胎，首先它的伦理限制很严格，我们不可能拿人的自然胚胎去做很多的实验，并且自然胚胎它的数量非常稀有，我们基本上都是一些IVF患者的科学捐赠，所以基本上只有十几枚的级别，但是人工胚胎在我们实验室基本上可以无限的获得，我们可以很随意的拿到成千上万的人工胚胎，它的伦理限制也相对宽松一些。

另外一个问题，人工囊胚它能不能发育，这也是一个很关键的问题，我们就按照人类自然囊胚培养方法，我们去给它做了一些体外发育的工作。我们看到基本上在发育4天之后，它就可以形成跟真正的人的胚胎非常类似的结构，它可以形成一个腔体或者是两个腔体，这两个腔体都是在早期发育过程中非常重要的两个结构，我们可以看到人工胚胎它确实有这样子的一个能力，它可以形成这样的一个结构，但是现在的效率还是比较低的。

另外一个图，大家应该都非常熟悉了，验孕试纸，上面那个是对照，下面这个是人工胚胎，人工胚胎在体外培养过程之后，可以让验孕试纸呈阳性反应，证明了外面这一层细胞里面的激素表达也是正确的。

当然我们之前的工作是一个初始版，人工胚胎1.0，我们现在也推出了新的胚胎，我们可以让人工胚胎构建效益达到80%，而且它在体外发育能力会更强，可以看到下面这两个图，一个是人工胚胎的发育，一个是自然胚胎发育，可以看到它的结构基本上是一致的，就是红色细胞最后理论来说会发育成为我们整个个体的结构。

这是我们的工作，我也收到了这样一个命题，我们有了这个技术将来能干什么，这是一个比较简单的应用，也是我现在正在做的一个应用。因为我们有了这样子的胚胎，回到最开始那个命题，什么是1到正无穷？如果我们把一个胚胎里面的细胞拿出来分离，我们在体外构建干细胞，我们再重新组合起来，就可以产生无穷个胚胎。

我们可以拿到病人的胚胎干细胞，或者是病人的IPS细胞，我们指导出来病人的胚胎，或者是结合这种不育病人的子宫细胞，我们在体外构建一个体外着床模型，这样我们就可以针对不孕不育病的问题，我们可以做药物的筛选等等一些技术的革新。

因为在现在根本不可能，或者说非常困难针对不育的病人去做一些实验，因为我们没有这样的研究样品，因为我们不可以拿到人工胚胎，不可能去把孕妇肚子打开，这是不可能的。但是我们有了人工胚胎，有了这样子的一个人工子宫，我们就可以在体外重现胚胎的着床过程，用来去研究人类早期发育或者是不孕不育病人相关的研究。

另外，我们有人工胚胎，我在做通过研究早期发育过程中细胞的变化等等。开一点脑洞很有可能干什么，人工胚胎它如果真的有发育的能力，我们拿到自己的干细胞，把它变成人工胚胎，让它往下进一步发育，也许我们可以拿到更好的器官形成的前提，我们这种再生医疗可能就会有非常重要的应用前景。

另外，再开脑洞，它会不会形成这样的一个胚胎工厂，这个胚胎工厂指的是一些动物的，比如说大动物或者一些珍稀动物等等，它具有一些特殊性状的，我们用动物的干细胞做出来动物的人工胚胎，就可以用来动物的育种等等，这是我能想到的一些方面。

谢谢大家。