自首位試管嬰兒誕生四十八年後，儘管技術有所進步，體外受精過程仍面臨成功率下降與高昂成本的挑戰。科學家正致力於透過人工智慧、機器人自動化以及新型基因檢測工具，試圖解決胚胎著床、篩選與標準化治療等難題，開啟輔助生殖的新紀元。
四十八年前的七月，露易絲·喬伊·布朗（Louise Joy Brown）成為世界上第一位透過體外受精（IVF，俗稱試管嬰兒）技術出生的人。自那時起，已有數百萬名試管嬰兒來到這個世界。這在一定程度上要歸功於技術的進步，使試管嬰兒技術變得更安全、更有效。
但這項技術仍不完美。整個過程可能既緩慢、痛苦且昂貴——而這還是針對那些一開始就有機會接觸到這項技術的幸運兒而言。此外，根據至少一項指標顯示，試管嬰兒的成功率在近年來有所下降。
生殖過程非常複雜，胚胎學家和婦科醫生仍有許多未知且無法控制的因素。例如，他們不知道為什麼許多看起來健康的胚胎無法在子宮內「著床」。他們並不總能解釋為什麼患者無法懷孕，也無法始終說明不同個體之間以及不同生育診所之間試管嬰兒成功率的巨大差異。
科學家們正致力於解決所有這些問題以及更多挑戰。他們正在應對複雜的倫理問題，即如何利用新的基因工具來分析甚至修改胚胎。與此同時，旨在標準化治療、消除人為錯誤、提高成功率並使試管嬰兒技術更普及的技術，已經開始開啟輔助生殖的新時代——一個由人工智慧（AI）和機器人輔助的時代。
其中一些技術正在西班牙瓦倫西亞的卡洛斯·西蒙基金會（Carlos Simon Foundation）研發。當我在三月訪問該地時，研究人員帶我參觀了實驗室，並向我展示了一台首次用於在體外維持人類子宮生命的設備。
雖然團隊中的一些成員夢想著建造人造子宮，有朝一日能將胎兒孕育至足月，但他們首先希望利用這些設備來深入了解「著床」——即受精卵與子宮內膜接觸、埋入其中並實質上「孵化」，從而觸發懷孕開始的那一刻。
儘管試管嬰兒技術在過去幾十年取得了進展，但人們對這一過程的了解仍然很少。即使是看起來健康的胚胎，著床成功率也不超過 40% 到 60%。
在現今使用的試管嬰兒技術中，診所可以培育早期胚胎，並等到子宮被認為最具接受性時進行移植，但一旦將胚胎放入子宮，它就只能靠自己了。卡洛斯·西蒙基金會的高級臨床科學家哈維爾·聖馬利亞（Xavier Santamaria）及其同事正在嘗試一種不同的方法。他們開發了一種設備，只需按下按鈕，就能將胚胎注入子宮內膜。
JESS HAMZELOU / MITTR
在我觀看的一場原型機演示中，聖馬利亞拿起擴陰器，轉向他的「病人」陰道口。在這種情況下，這只是一個模型——一個帶有陰唇、陰道、子宮和卵巢的塑膠臀部，兩根短木樁代表通常由腳架支撐的雙腿。
他彎下腰向內窺視。「胚胎，」他喊道。他的同事、胚胎學家瑪麗亞·帕爾多（Maria Pardo）遞給他一根細針，裡面裝著她最近從培養皿中收集的小鼠胚胎。
聖馬利亞的設備允許將裝有胚胎的針頭連接到輸送管。這根管子還配備了攝像頭、燈光和感測器，讓醫生知道針頭何時到達子宮內膜。一旦進入子宮，婦科醫生就可以看到器官內部，並將管子引導至內膜。
JESS HAMZELOU / MITTR
「當一切準備就緒，你只需按下按鈕，」聖馬利亞一邊說，一邊用腳踏板啟動設備，讓胚胎被注入。「進去了。」
該團隊剛剛開始這項設備的臨床試驗；到目前為止，只有不到 10 名女性接受了這項手術，且目前尚無人懷孕。但基金會主任卡洛斯·西蒙充滿希望，他指出試管嬰兒的發明者在露易絲·布朗出生前進行了超過 160 個週期（在 1969 年至 1978 年間，該團隊在 250 人身上進行了 457 個週期，最終僅有兩例活產）。「試驗正在進行中，」他說。
試管嬰兒技術長期面臨的一個挑戰是篩選。假設你成功從一方收集了 10 個卵子，並從另一方獲得了看起來不錯的精液樣本。你該如何選擇使用哪些細胞？同樣的問題在胚胎於培養皿中培養幾天後也會出現：你應該將哪一個移植到子宮？
傳統上，這些判斷是靠肉眼完成的。胚胎學家會根據形狀，或者以精子而言，根據其活動方式，挑選看起來最好的。但科學家們一直在尋找替代方案。在過去十年左右的時間裡，許多人轉向基因檢測，以暗示哪些胚胎最有機會孕育出健康的寶寶。
最常用的檢測稱為 PGT-A，即胚胎植入前染色體非整倍體篩檢。非整倍體本質上是指染色體數量「不正確」，人們認為具有此類特徵的胚胎更有可能因流產而流失，或可能發育成患有遺傳疾病的嬰兒。
一旦胚胎學家在實驗室中培育出胚胎，他們可以取出幾個細胞進行非整倍體檢測。波士頓試管嬰兒中心（Boston IVF）的生殖內分泌學家艾倫·潘齊亞斯（Alan Penzias）表示，這些檢測對 38 歲以上的女性特別有益。「你會開始看到改善：更多的寶寶和更少的流產，」他說。這些檢測可以縮短受孕所需的時間。
這類基因檢測之所以成為可能，得益於技術的多項進步——不僅是基因組學，還包括在培養皿中維持胚胎存活五到六天的能力，以及在細胞進行檢測時冷凍胚胎並在結果出來後解凍的技術。這項技術已變得極受歡迎——有些診所會對其所有胚胎進行 PGT-A 檢測。
但紐約市人類生殖中心（Center for Human Reproduction）的生殖內分泌學家索尼婭·加耶特-拉富恩特（Sonia Gayete-Lafuente）表示，PGT-A 並不能完美預測未來寶寶的基因。而且，某些異常情況可能會隨著時間推移而自我修正。她說，她和同事曾將一些「異常」胚胎移植到患者子宮內，並看到它們發育成完全健康的兒童。
其他形式的 PGT 則更具爭議性。PGT-P 檢測旨在預測胚胎發育出依賴多個基因的複雜特徵的機率，包括醫療疾病，但也包括身高、認知因素（如智商）等身體特徵。這些檢測是新興技術，在包括英國在內的一些國家是非法的。但在美國，它們正逐漸普及。Nucleus Genomics 公司邀請客戶「擁有（他們）最好的寶寶」，並承諾預測從眼睛顏色、智力到左撇子以及阿茲海默症風險等各種特徵。
當我詢問試管嬰兒從業者，如果患者要求這項服務他們會如何回應時，大多數人都迴避了問題，並告訴我沒有足夠的證據證明這些檢測真的有效。他們還警告說，選擇某種特徵可能會在無意中引入新的風險。似乎沒有人對將基因檢測用於預防嚴重疾病以外的任何用途表現出特別的熱情。
有些人似乎對 AI 的潛力更感興趣。畢竟，AI 工具通常擅長識別模式。許多研究人員已嘗試訓練工具來識別健康的精子、卵子和胚胎。
他們取得了一些成功。紐約哥倫比亞大學醫學中心的一個團隊開發了一種設備，利用 AI 檢查僅含有極少量健康精子的男性精液樣本。胚胎學家可能很難在這樣的樣本中找到一個健康的精子。但這套精子追蹤與回收（STAR）系統可以在一小時內分析超過一百萬張顯微鏡圖像。它已被用於培育健康的胚胎。該研究團隊於去年 11 月宣布了首例由該療法產生的懷孕。
其他團隊正以更戲劇性的方式利用 AI 工具推動試管嬰兒技術。大約十年前，一位名叫亞歷杭德羅·查韋斯-巴迪奧拉（Alejandro Chavez-Badiola）的生殖內分泌學家開始開發一種 AI 工具，用於對胚胎進行排名，另一種用於對卵子進行排名，還有一種用於篩選精子。他回憶說，他突然意識到這些工具是「未來驅動機器人的大腦」。
在 2020 年代初期，查韋斯-巴迪奧拉及其同事決定結合各項技術，開發一套自動化的試管嬰兒系統。理論上，裝載了 AI 工具的機器人系統可以承擔試管嬰兒過程中的大部分步驟：篩選卵子和精子、使卵子受精以產生胚胎、在培養皿中培養這些胚胎，並挑選「最好」的一個進行移植。他說，這樣的系統可以「以標準化的方式完成所有工作」且永遠不會疲倦。
查韋斯-巴迪奧拉現在是 Conceivable 公司的創始人兼首席醫療官，他最初透過將常規試管嬰兒設備電動化並連接到電腦來構建原型。他和同事先用動物細胞測試系統，最終轉向人類細胞。「我們能夠證明，整合機器人來自動化試管嬰兒的不同步驟是可行的，」他說。
該設備目前正被用於準備精子和卵子並培育胚胎。目前已有至少 19 名兒童在自動化試管嬰兒技術後出生。雖然仍處於早期階段，但查韋斯-巴迪奧拉希望未來的機器版本每年能處理數千個試管嬰兒週期，從而使這項手術更實惠且更普及。
該領域的許多人對 Conceivable 等自動化設備的潛力感到興奮。「這為胚胎學家節省了所有時間，」義大利 IVIRMA 生育中心網絡的臨床胚胎學家兼科學總監勞拉·里恩齊（Laura Rienzi）表示。她還希望這能幫助標準化試管嬰兒治療。「自動化（將允許）全球每個實驗室的每位患者都能以同樣的方式接受治療，」她說。
然而，這其中有一個關鍵：所有這些技術都依賴於一開始至少擁有「一些」健康的精子、卵子和胚胎。胚胎學家和試管嬰兒患者必須利用現有的資源。而有時，他們現有的資源無法孕育出健康的寶寶。
這就是為什麼一些科學家提出了一個具爭議性的想法：利用 CRISPR 等基因編輯技術，在移植前修改試管嬰兒胚胎的基因組。生物物理學家賀建奎曾因採用這種方法培育胚胎，導致 2010 年代末三名兒童出生而聲名狼藉。他受到了科學界的廣泛譴責，最終在中國監獄服刑三年。
他的前伴侶凱西·泰（Cathy Tie）目前領導著初創公司 Origin Genomics，她正致力於將這項技術作為預防兒童嚴重疾病的潛在途徑。在最近由海斯廷斯生物倫理研究中心（Hastings Center for Bioethics）舉辦的一場活動中，泰主張利用胚胎編輯來預防囊性纖維化、亨丁頓舞蹈症和鐮刀型紅血球疾病等疾病。
從技術、法律或倫理的角度來看，這都不會是一帆風順的。已知由單基因突變引起的疾病是很好的首選目標，但正如人類生殖中心的加耶特-拉富恩特所指出的，大多數疾病要複雜得多。「我希望我們能了解每種疾病的遺傳基礎，以便能夠預防它，」她說。到目前為止，我們還做不到。此外，大多數疾病除了受基因影響外，還會受到我們的飲食、行為和環境的影響。
就目前情況而言，沒有人知道編輯人類胚胎以消除一種疾病的風險，是否會增加未來孩子患上其他疾病的風險。一些科學家擔心，此類編輯可能會成為通往基因強化或優生學的滑坡。
里恩齊希望這項技術能在監管監督下以安全的方式發展，且僅針對特定的疾病清單。「它必須在法律框架內進行，」她說。「但對我來說，這是一個夢想。」
與此同時，隨著已經在孕育健康寶寶的新技術不斷發展，該領域似乎將繼續轉型。請拭目以待。
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自首位試管嬰兒誕生四十八年後，儘管技術有所進步，體外受精過程仍面臨成功率下降與高昂成本的挑戰。科學家正致力於透過人工智慧、機器人自動化以及新型基因檢測工具，試圖解決胚胎著床、篩選與標準化治療等難題，開啟輔助生殖的新紀元。
四十八年前的七月，露易絲·喬伊·布朗（Louise Joy Brown）成為世界上第一位透過體外受精（IVF，俗稱試管嬰兒）技術出生的人。自那時起，已有數百萬名試管嬰兒來到這個世界。這在一定程度上要歸功於技術的進步，使試管嬰兒技術變得更安全、更有效。
但這項技術仍不完美。整個過程可能既緩慢、痛苦且昂貴——而這還是針對那些一開始就有機會接觸到這項技術的幸運兒而言。此外，根據至少一項指標顯示，試管嬰兒的成功率在近年來有所下降。
生殖過程非常複雜，胚胎學家和婦科醫生仍有許多未知且無法控制的因素。例如，他們不知道為什麼許多看起來健康的胚胎無法在子宮內「著床」。他們並不總能解釋為什麼患者無法懷孕，也無法始終說明不同個體之間以及不同生育診所之間試管嬰兒成功率的巨大差異。
科學家們正致力於解決所有這些問題以及更多挑戰。他們正在應對複雜的倫理問題，即如何利用新的基因工具來分析甚至修改胚胎。與此同時，旨在標準化治療、消除人為錯誤、提高成功率並使試管嬰兒技術更普及的技術，已經開始開啟輔助生殖的新時代——一個由人工智慧（AI）和機器人輔助的時代。
其中一些技術正在西班牙瓦倫西亞的卡洛斯·西蒙基金會（Carlos Simon Foundation）研發。當我在三月訪問該地時，研究人員帶我參觀了實驗室，並向我展示了一台首次用於在體外維持人類子宮生命的設備。
雖然團隊中的一些成員夢想著建造人造子宮，有朝一日能將胎兒孕育至足月，但他們首先希望利用這些設備來深入了解「著床」——即受精卵與子宮內膜接觸、埋入其中並實質上「孵化」，從而觸發懷孕開始的那一刻。
儘管試管嬰兒技術在過去幾十年取得了進展，但人們對這一過程的了解仍然很少。即使是看起來健康的胚胎，著床成功率也不超過 40% 到 60%。
在現今使用的試管嬰兒技術中，診所可以培育早期胚胎，並等到子宮被認為最具接受性時進行移植，但一旦將胚胎放入子宮，它就只能靠自己了。卡洛斯·西蒙基金會的高級臨床科學家哈維爾·聖馬利亞（Xavier Santamaria）及其同事正在嘗試一種不同的方法。他們開發了一種設備，只需按下按鈕，就能將胚胎注入子宮內膜。
JESS HAMZELOU / MITTR
在我觀看的一場原型機演示中，聖馬利亞拿起擴陰器，轉向他的「病人」陰道口。在這種情況下，這只是一個模型——一個帶有陰唇、陰道、子宮和卵巢的塑膠臀部，兩根短木樁代表通常由腳架支撐的雙腿。
他彎下腰向內窺視。「胚胎，」他喊道。他的同事、胚胎學家瑪麗亞·帕爾多（Maria Pardo）遞給他一根細針，裡面裝著她最近從培養皿中收集的小鼠胚胎。
聖馬利亞的設備允許將裝有胚胎的針頭連接到輸送管。這根管子還配備了攝像頭、燈光和感測器，讓醫生知道針頭何時到達子宮內膜。一旦進入子宮，婦科醫生就可以看到器官內部，並將管子引導至內膜。
JESS HAMZELOU / MITTR
「當一切準備就緒，你只需按下按鈕，」聖馬利亞一邊說，一邊用腳踏板啟動設備，讓胚胎被注入。「進去了。」
該團隊剛剛開始這項設備的臨床試驗；到目前為止，只有不到 10 名女性接受了這項手術，且目前尚無人懷孕。但基金會主任卡洛斯·西蒙充滿希望，他指出試管嬰兒的發明者在露易絲·布朗出生前進行了超過 160 個週期（在 1969 年至 1978 年間，該團隊在 250 人身上進行了 457 個週期，最終僅有兩例活產）。「試驗正在進行中，」他說。
試管嬰兒技術長期面臨的一個挑戰是篩選。假設你成功從一方收集了 10 個卵子，並從另一方獲得了看起來不錯的精液樣本。你該如何選擇使用哪些細胞？同樣的問題在胚胎於培養皿中培養幾天後也會出現：你應該將哪一個移植到子宮？
傳統上，這些判斷是靠肉眼完成的。胚胎學家會根據形狀，或者以精子而言，根據其活動方式，挑選看起來最好的。但科學家們一直在尋找替代方案。在過去十年左右的時間裡，許多人轉向基因檢測，以暗示哪些胚胎最有機會孕育出健康的寶寶。
最常用的檢測稱為 PGT-A，即胚胎植入前染色體非整倍體篩檢。非整倍體本質上是指染色體數量「不正確」，人們認為具有此類特徵的胚胎更有可能因流產而流失，或可能發育成患有遺傳疾病的嬰兒。
一旦胚胎學家在實驗室中培育出胚胎，他們可以取出幾個細胞進行非整倍體檢測。波士頓試管嬰兒中心（Boston IVF）的生殖內分泌學家艾倫·潘齊亞斯（Alan Penzias）表示，這些檢測對 38 歲以上的女性特別有益。「你會開始看到改善：更多的寶寶和更少的流產，」他說。這些檢測可以縮短受孕所需的時間。
這類基因檢測之所以成為可能，得益於技術的多項進步——不僅是基因組學，還包括在培養皿中維持胚胎存活五到六天的能力，以及在細胞進行檢測時冷凍胚胎並在結果出來後解凍的技術。這項技術已變得極受歡迎——有些診所會對其所有胚胎進行 PGT-A 檢測。
但紐約市人類生殖中心（Center for Human Reproduction）的生殖內分泌學家索尼婭·加耶特-拉富恩特（Sonia Gayete-Lafuente）表示，PGT-A 並不能完美預測未來寶寶的基因。而且，某些異常情況可能會隨著時間推移而自我修正。她說，她和同事曾將一些「異常」胚胎移植到患者子宮內，並看到它們發育成完全健康的兒童。
其他形式的 PGT 則更具爭議性。PGT-P 檢測旨在預測胚胎發育出依賴多個基因的複雜特徵的機率，包括醫療疾病，但也包括身高、認知因素（如智商）等身體特徵。這些檢測是新興技術，在包括英國在內的一些國家是非法的。但在美國，它們正逐漸普及。Nucleus Genomics 公司邀請客戶「擁有（他們）最好的寶寶」，並承諾預測從眼睛顏色、智力到左撇子以及阿茲海默症風險等各種特徵。
當我詢問試管嬰兒從業者，如果患者要求這項服務他們會如何回應時，大多數人都迴避了問題，並告訴我沒有足夠的證據證明這些檢測真的有效。他們還警告說，選擇某種特徵可能會在無意中引入新的風險。似乎沒有人對將基因檢測用於預防嚴重疾病以外的任何用途表現出特別的熱情。
有些人似乎對 AI 的潛力更感興趣。畢竟，AI 工具通常擅長識別模式。許多研究人員已嘗試訓練工具來識別健康的精子、卵子和胚胎。
他們取得了一些成功。紐約哥倫比亞大學醫學中心的一個團隊開發了一種設備，利用 AI 檢查僅含有極少量健康精子的男性精液樣本。胚胎學家可能很難在這樣的樣本中找到一個健康的精子。但這套精子追蹤與回收（STAR）系統可以在一小時內分析超過一百萬張顯微鏡圖像。它已被用於培育健康的胚胎。該研究團隊於去年 11 月宣布了首例由該療法產生的懷孕。
其他團隊正以更戲劇性的方式利用 AI 工具推動試管嬰兒技術。大約十年前，一位名叫亞歷杭德羅·查韋斯-巴迪奧拉（Alejandro Chavez-Badiola）的生殖內分泌學家開始開發一種 AI 工具，用於對胚胎進行排名，另一種用於對卵子進行排名，還有一種用於篩選精子。他回憶說，他突然意識到這些工具是「未來驅動機器人的大腦」。
在 2020 年代初期，查韋斯-巴迪奧拉及其同事決定結合各項技術，開發一套自動化的試管嬰兒系統。理論上，裝載了 AI 工具的機器人系統可以承擔試管嬰兒過程中的大部分步驟：篩選卵子和精子、使卵子受精以產生胚胎、在培養皿中培養這些胚胎，並挑選「最好」的一個進行移植。他說，這樣的系統可以「以標準化的方式完成所有工作」且永遠不會疲倦。
查韋斯-巴迪奧拉現在是 Conceivable 公司的創始人兼首席醫療官，他最初透過將常規試管嬰兒設備電動化並連接到電腦來構建原型。他和同事先用動物細胞測試系統，最終轉向人類細胞。「我們能夠證明，整合機器人來自動化試管嬰兒的不同步驟是可行的，」他說。
該設備目前正被用於準備精子和卵子並培育胚胎。目前已有至少 19 名兒童在自動化試管嬰兒技術後出生。雖然仍處於早期階段，但查韋斯-巴迪奧拉希望未來的機器版本每年能處理數千個試管嬰兒週期，從而使這項手術更實惠且更普及。
該領域的許多人對 Conceivable 等自動化設備的潛力感到興奮。「這為胚胎學家節省了所有時間，」義大利 IVIRMA 生育中心網絡的臨床胚胎學家兼科學總監勞拉·里恩齊（Laura Rienzi）表示。她還希望這能幫助標準化試管嬰兒治療。「自動化（將允許）全球每個實驗室的每位患者都能以同樣的方式接受治療，」她說。
然而，這其中有一個關鍵：所有這些技術都依賴於一開始至少擁有「一些」健康的精子、卵子和胚胎。胚胎學家和試管嬰兒患者必須利用現有的資源。而有時，他們現有的資源無法孕育出健康的寶寶。
這就是為什麼一些科學家提出了一個具爭議性的想法：利用 CRISPR 等基因編輯技術，在移植前修改試管嬰兒胚胎的基因組。生物物理學家賀建奎曾因採用這種方法培育胚胎，導致 2010 年代末三名兒童出生而聲名狼藉。他受到了科學界的廣泛譴責，最終在中國監獄服刑三年。
他的前伴侶凱西·泰（Cathy Tie）目前領導著初創公司 Origin Genomics，她正致力於將這項技術作為預防兒童嚴重疾病的潛在途徑。在最近由海斯廷斯生物倫理研究中心（Hastings Center for Bioethics）舉辦的一場活動中，泰主張利用胚胎編輯來預防囊性纖維化、亨丁頓舞蹈症和鐮刀型紅血球疾病等疾病。
從技術、法律或倫理的角度來看，這都不會是一帆風順的。已知由單基因突變引起的疾病是很好的首選目標，但正如人類生殖中心的加耶特-拉富恩特所指出的，大多數疾病要複雜得多。「我希望我們能了解每種疾病的遺傳基礎，以便能夠預防它，」她說。到目前為止，我們還做不到。此外，大多數疾病除了受基因影響外，還會受到我們的飲食、行為和環境的影響。
就目前情況而言，沒有人知道編輯人類胚胎以消除一種疾病的風險，是否會增加未來孩子患上其他疾病的風險。一些科學家擔心，此類編輯可能會成為通往基因強化或優生學的滑坡。
里恩齊希望這項技術能在監管監督下以安全的方式發展，且僅針對特定的疾病清單。「它必須在法律框架內進行，」她說。「但對我來說，這是一個夢想。」
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