李赞东:无壳孵化小鸡背后的生命科学

中央电视台《加油向未来》节目,播放了我们,的全部实验过程,当时引起了全国的极大的轰动,我从微博还有短信、电话等等,接收到了来自全国的教师、学生、家长和记者的采访和咨询。我也知道很多学校模仿着我们的实验,进行了这项试验,但到目前为止还没有一个成功的例子。
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我们用无壳孵化体系,做了一个心血管相关的实验,所用的药物是在药店里买的中成药,我们想知道大家吃的这种药,真的是不是有用。请看这张图,A是对照组,B、C、 D是实验组,我们在背主动脉的附近放了一块滤纸,在滤纸上滴加了我们常喝的那个药,后来发育到第九天以后,请大家看,B、 C、 D是对照组,A、E、F是实验组,我们看到血管增加的分支,放大以后,我们要数好几千个血管。看到了每个分支数为,实验组是41.67,但对照组是20.67,在统计学上有显著差异,说明这个药促进了血管的分支。
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为什么用鸟类的胚胎?大家都知道,因为鸟类的胚胎,在一个密闭的蛋壳中,离开母体,发育的整个过程,这样的话做任何一种试验,能够抛开来自母体的影响。但是它有一个坚硬而不透明的蛋壳,阻碍了我们的眼睛,如果自然状态下把它打开了,它很快就死掉了,我们就想,能不能打开以后让它活下来,而且要孵化出来。
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二十多年前我就开始做这个实验,我们开发的代用蛋壳法,培养的鸟类胚胎的成果,填补了国内的空白,而且我用这个系统,培养出了全世界首例无壳孵化北京鸭。那什么是代用蛋壳办法呢?请看左边的这个图,是掏空了的北京鸭的蛋壳,然后把鸡胚放到里面,这是养到了七天了。右边是鸡蛋的壳,把里面去掉以后,把鹌鹑的胚胎移植到里面,这已经长到了九天,都能看到鹌鹑的羽毛在出现。我们采用的代理蛋壳,要比自身的种蛋大20克左右,原因是上方要切掉一个大概4厘米左右直径的一个口,另外一个我们要留出人工气室。
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请看右边的无壳孵化,无壳孵化系统是用透明的人工材料,然后用透气性的保鲜膜,模拟了种蛋的立体结构,补充乳酸钙,在胚胎后期补充氧气供应的方式,培养出一个个体,也就是您看到从一个蛋黄,突然变成一个小鸡出来。这个系统可以360°全方位地观察,胚胎发育过程中的每一个细节。
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请看左边的是我们常吃的商品蛋,它没有受精的时候,蛋黄上有一个实心的小小的点。如果是受精的话,是右侧的这个样子,是一个同心圆状的,中间有一个透明的圆形。我们把它拿到显微镜下看的时候,左上图是我们肉眼看到的胚盘,然后把它放大成四十倍的时候,就看到它上下有两个胚层,中间还有一点细胞的感觉。当我们把这个种蛋放到孵化箱的时候,大概24小时培养以后,突然从一个地方心脏就跳动了,然后出现了模糊的血液。之后我们把这个拿到四十倍的显微镜下,请看下面的黑白图,不仅心脏在跳动,已经看到原始的脊柱在形成。
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第二天写着02,那个胚胎的心脏已经跳的非常有规律,血管自己形成了一个血导,一点一点往外扩大,把它拿到显微镜下四十倍放大的时候,脊椎骨的每一个骨节,已经看得非常清楚,它发育的非常的快。然后第三天的时候,头部、大脑、小脑的边界都能看到了,心脏的心室和心房都能够区分,脊柱的每一个骨节,已经发育的非常完整了。请看第四天的图,我一生中做实验,看了几十万个,第四天发育的胚胎图,没有一个是完全一样的。生命就是如此美丽,它都是心脏在跳动,血管在延伸,毛细血管在逐渐增加。请你们看下边的那个图,放大四十倍的时候,竟然眼睛在心脏的前边,心脏在它的后方跳动,下边是胃和其他的脏器。
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这个是发育5-12天的胚胎,我们先看一下第六天的时候,大脑的部分和小脑的部分,边界更加清晰,眼睛变得很大。然后第七天的时候能看到,从胴体上突然延伸出四个板状的东西,这是什么呢?等再往下看,就看到第十天的时候,您看那个板状的东西已经分开了,这个是它的后脚,它的脚趾分开了。然后再往下看,第十二天的时候,那个大大的黑眼睛,被什么东西遮住以后眼睛变小了,原因就是长出了眼睑,把它覆盖住了,留下了出生的时候看到的鸡的眼睛的大小。
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再往下看,第十七天的时候,这个作为营养物质的蛋黄,已经吸收的剩的比较少了,越来越变小。第十九天的时候,请看下边的右数第二张照片,鸡的喙,眼睛都长出来了,它的乳齿也长出来了,它用乳齿把尿囊膜给捅破以后,做好了出来的准备。如果是有硬蛋壳的话,它会打开一个孔以后,用肩膀和头部拼命地努力,就把那蛋壳给打开了。但是我们这个系统,因为上面盖的是透明的塑料杯,裹着它的是一个保鲜膜,所以需要我们帮助它从里面拿出来。
无壳孵化系统,其独特性和震撼性,是其他实验体系无法比拟的,生命形成从单个细胞分裂开始,心脏启动第一次跳动,每个组织和器官出现的时空的有序性,从粗犷到精细,到精致的,生命的雕琢的过程,给予我们的感动是无法言喻的。它让我们更加知道,更加懂得生命的来之不易,更加珍惜生命,热爱生命。
有人问我,为什么把好端端的种蛋给打开了?为什么要让胚胎经受这么样的磨难?其实大批大批的去死亡的时候,我心里特别的痛苦,还把它们给埋起来,然后还给它起上名字纪念它。所以我四十多年不吃鸡肉,跟鸟类相关的我全都不吃,鸡蛋原来也不吃的,现在偶尔吃一点,这是我对无数个生命的一种赎罪,和对它们的感恩。
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但是我们是有目标的,请看我们第一个濒危动物的挽救模型。左边的这个麻鸭的细胞,分离出来以后,我们在胚胎期,把这个麻鸭的细胞,转移到了鸡胚的里边,然后制备了中间麻鸭鸡嵌合体。这个动物是自然界没有的,它不是杂交个体,它是一个两种细胞,同时嵌合在一起的一个动物,也就是它的各个脏器里面,都有来自麻鸭的细胞,和来航鸡的细胞,是混在一起的。当然受体的细胞要比供体的细胞量多,所以外观表现出来的更像鸡的感觉,但是您看它的个子就像鸭子,它的身子修长,而且性格不像来航鸡,那么一碰了就会蹦起来,特别温和。它慢慢长大了就变成了这个样子,外形看着很像鸡,但它是麻鸭和鸡两种精子都具备在精巢里的,一个特殊的,自然界没有的动物。它跟母麻鸭结合以后生出了鸭子,它跟来航鸡组合以后,就生出了小来航鸡。那么如果我们设想,刚才的麻鸭是个濒危动物的话,它自己已经没有了繁殖能力,或是繁殖能力特别低的时候,用这个办法,我们制造出一个濒危动物和鸡的嵌合体,雌雄交配的话,理论上应该有1/4的纯的,供体来源的后代出现。
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左边这个是信鸽和鸡的嵌合体,因为国防需要,信鸽是一定要有的,如果要停电的时候,信鸽的作用会非常重要,但是信鸽繁殖也比较慢,我们想让鸡获得信鸽的细胞以后,快速发展。右边的是飞行距离特别远,获过很好多次奖的欧洲的四个品种,其实最右边的出生的信鸽嵌合体,它有四个妈妈,四个爸爸。
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然后我们又做了信鸽和鹌鹑的嵌合体,因为它们体型比较像,有可能它们会不会有自然交配的可能,但是我们试了一下,相互不认,因外形长得太不像了。
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然后请看这个是,是鹌鹑细胞转移到北京鸭做的嵌合体,左边的这个黑色的颜色,还有棕色的颜色来自鹌鹑,但请看右边的这个图,它左腿虽然是畸形,但是是有蹼的,但是右侧的脚,因为大量的鹌鹑细胞,导致了它右侧变成了鹌鹑的脚,所以它站着的时候高低是不一样的。
我们做了北京鸭,和中华鳖的嵌合体,相互做了两种,请看这个红色的细胞是,中华鳖的细胞在北京鸭里边的存在,你们看中间的那个血管里面还流动着,中华鳖的红细胞,在鸭子的血管中移动。我们问什么要这么做?因为如果跨越的物种越宽,制备嵌合体的难度越高,但是它的应用性可能就越大。
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我们还做了一种心血管药物,对胚胎血管发育的影响,这是北大的老师开发的一种药物,到现在也没告诉我它叫什么名字。我把滤纸放到了背主动脉的附近,滴加了它以后,上边是实验组,左边A和B都是实验组,下边的C和D是对照组,我们看到这个药物,对血管发育有明显的促进作用。
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我们又在鸡胚的尿囊膜上,培养了肝脏组织块,卵巢和软骨,因为鸡的胚胎具备了一个生命形成的所有的营养物,如果它能够培养东西的话,是一个天然的最良好的,最简洁的一个培养基,所以我们在这里培养了很多的东西。
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大家都知道同型半胱氨酸,比较高的人,如果血压也高的话,脑卒中发生的概率就比正常人高很多,我们就想知道,同型半胱氨酸,到底对这个生物体有什么样的影响。我们用0.5毫摩尔的同型半胱氨酸,处理了种蛋,第八天的时候我们取了样品,请看左上角跟右上角比较,它出现了严重的头部的畸形,然后切片也看到了,它的形状是不正常的。下边的图右下角那个是正常的胚胎,左边的那个看到,它的下半部分,脊柱的部分有裂痕,把它放大以后,最左边的这个图,就看到脊柱裂是非常严重的,就说明同型半胱氨酸增加的时候,对生物体是有各种各样的不良影响的。
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这个是在早期,也就是你们刚才看到24小时培养,模糊的脊柱,和模糊的血液刚刚出现的时期,我们在神经管注射了一些外源基因,在做神经方面的研究。儿研所的研究人员,判定痴呆儿的一个基因,头部的有一个基因是跟这个有关的,但他们又无法证明,我们用我们这个平台,结合干扰RNA的技术,把他们设想的那个部位的基因给封阻了。这样以后发现,这个鸡胚出来以后是异常的,所以这个实验,后来获得了自然科学基金的,很大的一个资助。
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也就是在哺乳类里做不了的,或是在人体里面无法做的,用我们这个平台就可以做。我们也用这个平台移植细胞,制备了不同的动物之间的模型,然后让它形成免疫宽容模型。免疫宽容,也就是当你移植外来的脏器,或细胞的时候,希望它不排斥,我们通过这个免疫宽容的模型,研究了各种淋巴细胞,在免疫宽容中的作用,这样间接的,可以为人类的器官移植的时候,做一个基础的数据来做参考
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然后大家都不喜欢转基因,但是转基因看是做什么了,我们用这个微注射针,注射到这个胚胎的胚盘上下层中间,用转基因的方式,我们制备一些优质的动物,高产的动物,抗病的动物。举一个例子,大家都知道禽流感,为什么鸭子不得?鸭子有一个基因,它是不得禽流感的,我们把这个基因,如果转到了鸡里边,鸡可能会不再得禽流感,所以转基因可以做很多的研究。有一个商业例子,这个来航鸡,一年能下三百多个蛋,但是肉质比较好的土种鸡呢,一年可能就下不到一百个种蛋,所以我们把来航鸡的原始生殖细胞,完全用药物给去掉,然后在它迁移的时间,把另外一个,土种鸡的原始生殖细胞放到里边,竟然来航鸡的爸爸妈妈,生出了99%的土种鸡。
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无壳孵化,把一个看不见的胚胎发育过程,变成了一个清晰可见的生物学实验,为研究环境对胚胎发育的影响,为人类制备疾病模型,心血管研究模型,药物筛选的模型,提供了一个科学实验的平台,这项试验将为疾病的防治,维护人类健康提供科学依据。
感谢大家的聆听,谢谢