卵細胞顯微操作與生殖醫學
王家瑋
談到卵細胞顯微操作應用於人類之生殖醫學，從之前subzonal sperm insertion、zonal cutting、到1992年ICSI被發現後，才大大地改善了男性不孕症以及屢次受精失敗之患者的懷孕率。在這一方面最近幾年來一直被熱烈討論的首推ooplasmic transfer（細胞質轉殖）與 nuclear transfer（細胞核轉殖）。茲詳述如下：
卵細胞質轉殖
有些病人在屢次施行試管嬰兒治療後，雖然用盡各種方法來改善其胚胎品質仍難以奏效。對於這些病人而言，美國的Cohen在1997年首先於Lancet發表了一種突破性的方法，也就是用卵細胞質轉殖術，來治療這些病人。其做法並不困難，與ICSI類似，就是將部份被視為健康的卵細胞質經顯微注射到不孕病患的卵細胞內，藉由外來細胞質與其內各種因子的挹注，來改善卵細胞質的品質，以增進卵細胞受精及分裂的狀況。
事實上，細胞質於人類卵細胞成熟及活化的角色並不被完全了解，但一般認為它對於卵細胞的受精、活化、以及早期胚胎發育影響很大，因為此時，母體對胚胎的影響尚未完全建立，大部分這些活動都要仰賴細胞質內的因子及物質。這些細胞質內的物質包括mRNA、蛋白質、能量儲存或傳遞物質、以及許多並未被定義的物質。大部分這些有用的物質僅短暫地出現於減數分裂完成之後，而在早期胚胎形成時期就消失。細胞質因素更被證明在卵子最後成熟過程中開啟並組織紡綞體，且與受精後胚胎的發育能力有關。 ?
早期關於這方面大多是動物方面的研究。最有名的是Muggleton-Harris以及Brown於1988年證明了粒腺體與有絲分裂的關係，細胞並在注射從胚葉細胞取得的細胞質後，恢復了正常的有絲分裂必出現正常的粒腺體；Pratt 以及 Muggleton-Harris 於同年亦發現，注入適當的細胞質可改善小鼠胚胎發育的二細胞障礙（2-cell block）：Cohen 這個實驗室亦證明了將卵細胞質融入細胞中，可增進小鼠合子的發育能力。這些觀察都暗示我們，以新鮮正常的細胞質來補足卵細胞質可能的不足，可大大改善胚胎的發育狀況。
雖然卵細胞質轉殖已有成功的案例發表，但其每次所能轉移的細胞質的量有限以及所注入的細胞質中所含的粒腺體DNA的遺傳問題卻廣受質疑，尤其是粒腺體DNA的遺傳問題至今尚無定論，亦無解決方法，因此在現今生殖醫學的臨床應用上仍有爭議，而無法廣泛使用。
細胞核轉殖
細胞核轉移的歷史起源於1938年的Spermann，作為研究細胞分化的工具，但由於技術上的困難，直到1952年才由Briggs及King成功完成，並證明了細胞核可主導細胞發育至性成熟的成體。而在哺乳動物方面，直到1983年才由McGrath與Solter於小鼠合子上成功地作原核的移轉。1986年Willadsen則將取自8-16細胞期羊胚胎之細胞核，移轉至去核之卵子內，成功地活產下小羊。1996年桃莉羊"Dolly"的活產報告，是首度複製自活體體細胞的報告，更開啟了研究細胞核轉殖的熱潮。
基本上，細胞核的移轉，其基本原理是將細胞核轉移至去核之卵細胞內，而此提供細胞核之來源，可以是體細胞、囊胚細胞或不成熟卵細胞核。基於道德上的考量，前兩者由於牽涉到複製（Cloning）的過程，故一般僅應用於動物或其相關之生物科技研究上：後者由於細胞核轉殖後，尚需經過減數分裂，或原核融合的過程，後代遺傳物質與母代並不相同，故不屬於複製，而可接受作為人類生殖醫學的研究範疇。
細胞核轉殖的研究範疇，可分為下列幾方面來說明：
一
在畜牧業上，可經由培養、複製體細胞來保存瀕臨絕種的動物。
二
經由轉基因動物的產生，在人類醫學上，可應用到如：
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藥劑製造：如凝血因子及人類血清白蛋白的大量製造。
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營養成分的改變：如增強營養價值或移除過敏原的牛奶。
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異種器官或組織的移植：如經由基因Knock out去除主要抗原的豬心已嘗試用於人類心臟移植。
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疾病模式的建立：經由轉基因模式在動物體內造成與人類相似的疾病，因而可作各種藥物、生理、病理等實驗，並觀察疾病療程。
三
幹細胞株的建立：由於幹細胞研究的蓬勃發展，亦有許多研究應用將體細胞核轉殖到去核之卵細胞內的技術，再經過一連串的細胞分裂後可建立多發展性的幹細胞株，予以引導分化後，可形成特定的細胞或組織，並進而應用於器官或組織的再造。
四
對於人類生殖醫學而言，最重要的是如何將細胞核轉移的技術應用到不孕症的病人。
原核轉殖重建術
在早期，有人嘗試將不正常受精之受精卵，例如3個原核（3PN）或1個原核之合子，移出或移入一個原核，以期使重建後之受精卵成為2個原核的正常合子，而能使胚胎正常發育。但實際操作時，一方面，這種異常受精之受精卵，大多數其染色體原本來就有異常，再加上人類之原核（Pronucleus）在光學顯微鏡下，很難區分是父源性或母源性，而無法做進一步的重建，其臨床實用性仍有限制。因此，現在幾乎已不再有更新的文獻報告。
卵殖胞期細胞核轉殖（Germinal vesicle nucleus transfer）
雖然於動物實驗早有發表，但在人類的生殖細胞上，是由美國紐約大學於1997年首先發表。作卵殖胞期細胞核轉殖的目的，著眼於去除因細胞質因素所導致的減數分裂不正常，因而造成的染色體異常，以進而提高卵子受孕，發育的能力。因為以人類而言，生育率與母親年齡的大小有極密切的關係，若病人年紀大於38歲，則臨床上不管採用什?改進措施，其懷孕率與著床率都大幅下降。這可能主要與年紀大的婦女其卵子染色體變異率增加有關。而這種異常起源於第一次及第二次減數分裂功能失常。細胞質因素被證明在卵子最後成熟過程中開啟並組織紡綞體，且與受精後胚胎的發育能力有關。
為了要改善些年紀大病人的染色體變異情形，以及因而造成的低著床與懷孕率，改善細胞質的環境可說是一種方法。如前所述，經細胞質轉殖後成功產子的報告已於1997年發表，但其所轉移的細胞質的量及粒腺體DNA的問題被質疑。卵殖胞期細胞核轉殖則是在卵子進入第一次減數分裂前的殖胞期，即將其胞核移轉到去核之細胞質內。如此，相對而言是移轉了最大量的細胞質，來減低細胞遺傳變異。已有報告指出，如此的卵子重建後，仍可在體外發育成熟。但之後的安全性、胚胎發育、或可能的染色體變化仍無定論，因此限制了臨床上的使用。
雖然卵殖胞期細胞核轉殖在這二、三年來引起了極大的回響，但至今仍未有成功經此方式而懷孕者。最近的研究顯示，其原因可能是體外成熟培養的環境不良，以及體外成熟的培養過程中缺少cumulus cell（因為做顯微操作時一定要先移除cumulus cell，以利操作），以致於細胞質microfilament expression的表現不完整，因而雖然受孕能力正常，但發育能力降低。比利時的Ghent大學亦認為核移植後，胚胎對於體外培養溶液的敏感度更為增加，這些都使得核移植後胚胎體外的培養更為困難。有鑑於此，各醫學中心亦努力於改善此一狀況，而有所謂的"sequential transfer"。也就是說，當卵殖胞期細胞核轉殖後，受精卵發育為合子，再將其原核取出，移植到只有男性原核的合子內，而此合子源自於體內成熟之卵子，因此其成熟過程是正常的。簡單的說，即連續施行二次的核移植之後，再繼續胚胎發育的過程。如此之作法，在小鼠已可成功產下後代。但在人類而言，過為繁複的操作步驟，再加上須要用到大量的捐贈卵(二次)，故其應用到臨床上的效度如何，仍有待進一步之驗證。
因此，我們由以上可知，核轉殖的發展在畜牧界及生物科技上的突破與應用，可說是一日千里，但在人類生殖醫學上，則仍有待我們進一步的努力。
