母乳是新生兒誕生初期最主要的營養物質來源，它所包含的乳鐵蛋白、碳水化合物、蛋白質、脂肪、維生素、礦物質等成分能夠滿足新生兒身體發育所需能量，同時還能增強新生兒免疫力，減少患病幾率。

2019年數據顯示，全球有 60% 的嬰兒無法獲得純母乳喂養。在中國，母乳喂養率也呈現持續下降趨勢。6 個月內嬰兒純母乳喂養率不足三成，遠低于世界平均水平和中低收入國家平均水平。

造成放棄母乳喂養的原因有很多，包括母親缺奶、自身患有疾病、無法忍受喂養過程的疼痛、工作不便、擔心肥胖等等。

目前，很多家庭都是依靠配方奶粉來取代母乳為新生兒補充能量和營養。這類的配方奶粉多是以牛乳或羊乳作為主要原料，在此基礎上加入維生素、礦物質等輔料制作而成，但配方奶粉在營養上始終無法替代母乳。

試想一下，如果通過生物技術還原乳汁的產生過程，那么是否能夠代替母乳呢？

美國一位母親萊拉?斯特里克蘭（Strickland）就希望通過細胞培養研發出可替代天然母乳的 “人造母乳”，用來解決那些由于無法母乳喂養給新生兒造成的損失。

“昨天死去的那頭牛，在我的實驗室還活著” ?

斯特里克蘭是一位兩個孩子的母親，同時她也是研究細胞生物學博士、Biomilq 公司的創始人。

和大部分母親一樣，斯特里克蘭也希望對兩個孩子進行 6 個月的科學母乳喂養。但母乳喂養的過程也讓她感受到了 “困難”，她的第一個孩子始終無法很好地咬住乳頭進行吮吸，這導致斯特里克蘭在喂奶時疼痛不已，盡管她每天都通過護理或抽水來刺激奶水流動，但她的兒子還是因為無法吮吸到奶水而 “日漸消瘦”。在小女兒出生后，她碰到了同樣的問題。

正在她苦惱之時，她看到了一檔節目正在播放世界上第一個實驗室 “培養肉” 漢堡包的誕生過程，這項實驗由荷蘭馬斯特里赫特大學的血管生物學家馬克?波斯特主導，他利用從屠宰場收集的剩余動物材料，加入糖、氨基酸、油脂、礦物質等營養物質制成的混合液，生成了約 3000 條長 2.5cm、寬不足 1cm 的肌肉條，把它們疊在一起并加入實驗室培養的脂肪，制成了世界上第一個 “培養肉” 漢堡包。

這項實驗給了斯特里克蘭啟發，她想到了可以將這種細胞培養技術用于人造母乳。“可以在孕婦懷孕期間對她的乳房進行穿刺活檢，這樣在嬰兒出生前就能使細胞有足夠時間生長并產生汁水，” 斯特里克蘭在給朋友的郵件中興奮地寫道。

基于自身的生物學專業基礎，斯特里克蘭說干就干。她將與丈夫湊到的 5000 美元積蓄作為研究的啟動資金，購買了一批培養皿、顯微鏡、培養箱、離心機。因為資金有限，所以購買的設備都比較陳舊，她自己也調侃道 “這些設備可能是來自恐龍時代。”

由于早期的資金有限，斯特里克蘭想了很多辦法節省研究成本。首先要解決的就是樣本來源問題。因為無力購買價值上千美元的人類乳腺細胞系，她將目光轉移到了牛身上。

2014 年 2 月的一個周末，斯特里克蘭帶上一個冷卻器、乙醇和無菌儀器、還有 20 美元現金，驅車去了北卡羅來納州一家肉類加工場。在工作人員的帶領下，她見識到了屠宰場上百只被倒掛起來的牛，她甚至 “不敢直視” 這樣的場景，小聲的問工作人員要來了一塊母牛的乳房組織，然后便奔回了實驗室。

斯特里克蘭將取來的乳房組織放在培養皿中，然后將其浸入由氨基酸、維生素、礦物質、鹽的混合液中，小心翼翼地放進了培養箱中觀察。

第二天早上，她驚喜的發現細胞正在生長。斯特里克蘭激動地表示，“昨天有一頭牛死了，但它在我的實驗室里還活著！”

解決了研究樣本來源，接下來就是最難攻克的技術問題。

研究中，斯特里克蘭發現，母乳是通過乳導管和肺泡乳腺內的小囊收集乳汁。上皮細胞從血液中吸收營養物質并將其轉化為乳汁。在它們的旁邊，排列在導管和肺泡內的是平滑肌樣的肌上皮細胞。當嬰兒開始吮吸乳汁時，它會促使肌上皮細胞收縮，將乳汁從管腔細胞通過導管輸送到嬰兒的嘴里。

在此時間，斯特里克蘭弄清楚了哪些可以在表面促進最健康的細胞分裂，以及細胞密度如何影響細胞生長速度，并成功在管腔上皮細胞形成一個連續的層，而這也是維持合成牛奶的關鍵隔間。

斯特里克蘭坦言，盡管這些研究結果沒有一個是新穎的，但這個過程為她深入了解人體細胞研究提供了技術基礎。三年來，斯特里克蘭德在租來的狹小辦公室里，一邊全職寫作，一邊進行牛乳房細胞進行實驗。

但僅憑著一腔熱血是無法取得成功的。2016 年，斯特里克蘭的研究因為資金短缺不得不終止，但她并沒有放棄人造母乳的想法。

顛覆配方行業，“人造母乳” 迎來開局

2019 年，斯特里克蘭迎來了轉機。隨著越來越多的食品企業開始嘗試合成生物技術，實驗室中制作的 “人造魚肉”“人造雞肉” 等產品不斷涌現，斯特里克蘭在朋友的勸說下重新開啟了她的 “人造母乳” 計劃。

與上次不同，斯特里克蘭辭去了工作，全職投入到 “人造母乳” 的研發中。同年 8 月，斯特里克蘭團隊得到了由舊金山著名生物技術孵化加速器公司 IndieBio 的 25 萬美元種子投資。

不久后，斯特里克蘭團隊迎來了另一個重要伙伴的加盟，20 多歲的食品科學家米歇爾?埃格（Michelle Egger）。

埃格出生在美國明尼達波利斯，自小就對牛奶相關的一切事物著迷。大學畢業后，埃格在 General Mills 的乳制品部門工作了 3 年，隨后進入杜克大學商學院就讀。第一次見到斯特里克蘭的時候，埃格還是商學院二年級的學生。

埃格聽聞了斯特里克蘭的 “人造母乳” 計劃后也很興奮，她認為?“人造母乳” 無論在營養上還是制作成本上，都比目前的嬰幼兒配方奶粉效果更好。

據了解，大多數嬰兒配方奶粉都是環境密集型奶制品，需要大量的水、棕櫚油等原料消耗，生產的過程也會產生大量污染物。2015 年的一項研究表明，生產一公斤奶粉相當于排放四公斤二氧化碳。

人造母乳的方式讓埃格看到了顛覆配方行業效率的潛力，于是一拍即合加入了斯特里克蘭的團隊。

2020 年 2 月，Biomilq 公開宣布用乳腺上皮細胞生產母乳已完成概念驗證階段。

但隨后經費困境再次襲來。好在在瀕臨破產之前，Biomilq 得到了突破能源基金（Breakthrough Energy Venture，簡稱 BEV）的 350 萬美元 A 輪融資支持。

BEV 是比爾?蓋茨基金會旗下專注于氣候變化的一支專業投資基金，包括杰夫?貝佐斯（亞馬遜創始人）、理查德?布蘭森（維京集團創始人）、馬克?扎克伯格（Facebook 創始人）和馬云（阿里巴巴創始人）在內也都紛紛入股 BEV 用以促進新能源技術的發展。

Biomilq 通過 “人造母乳” 顛覆配方行業，在提升效率節能減排上的潛力得到了 BEV 的認可。

人造母乳的機遇和挑戰

目前，全球從事嬰幼兒配方奶粉創新型研究的公司還有很多。

新加坡的 TurtleTree Labs 也在從事相同的研究，該公司聯合創始人馬克斯?賴伊（Max Rye）表示，希望通過人造母乳取代市場上所有的新生兒哺乳飲品。

同時，TurtleTree Labs 還致力于創造 “增強劑”，可將其添加到配方中，復制母乳的特性。另一位聯合創始人林鳳如（Fengru Lin,）解釋說，與 Biomilq 相比 TurtleTree 計劃與配方行業合作，并希望在 2021 年將其產品推向市場。?

同樣從事人造母乳研究的還有總部位于紐約的 Helaina 公司，該公司通過發酵技術來模擬母乳。創始人勞拉?卡茨（Laura Katz）計劃使用微生物來合成牛奶的組成成分，包括蛋白質、碳水化合物和脂肪，然后將它們重新混合成營養液體。

目前類似 “人造肉漢堡包” 一類通過發酵大豆蛋白制成的可食用產品，已獲得美國食品和藥物管理局（FDA）的批準，卡茨也由此看到了發酵技術在人造母乳上的應用或許會更容易得到認可。但與斯特里克蘭和艾格一樣，卡茨對新生兒父母缺乏選擇感到憤慨。?

卡茨說：“我認為我們能做的最好的事情就是支持女性母乳喂養。” 但是，如果因為種種原因導致無法母乳喂養，那么母親 “應該選擇比嬰兒配方奶粉更好的東西（替代母乳）。” 她補充說：“我看到所有基于細胞類的創新研究，都是給那些只想吃漢堡的人研究的，但我們給嬰幼兒的食品創新在過去的 20、30 年中一直都沒有變化。”?

為每一個母親培養個性化 “乳汁”

目前，針對人類乳腺相關的細胞研究重點集中在對乳腺癌問題的攻克上，在母乳方面的科學研究少之又少。

除了復制母乳的活性，更巨大的挑戰是如何將母乳標準化。?

據了解，隨著孩子的成長，母乳的成分也會發生變化。根據不同的階段，可能將母乳分為以下幾種狀態：在分娩后的頭幾天，母親會分泌?“初乳”，一種濃稠，黃色的濃縮乳汁，含有豐富的抗體 IgA 和乳鐵蛋白（一種豐富的蛋白質，可以增強嬰兒的免疫力）；很快，初乳被?“過渡乳”?所代替，后者更稀薄，但含的脂肪和乳糖更多；大約兩周后，母乳被視為?“成熟乳”。

但是即使如此，母乳也可能在單次喂食的過程中改變其成分。后乳（乳房中最后的乳汁）的脂肪含量要高于之前的乳汁，這就是為什么建議女性在換到另一個乳房之前先排空一個乳房。

斯特里克蘭和埃格坦言，目前他們還無法復制這種復雜性，也無法復制任何給定女性乳汁中的所有抗體和微生物。但他們表示其產品將比競爭對手的產品更具個性化。

目前，Biomilq 與幾家生物科技初創公司在實驗室中共同進行供體細胞的研究，在零下 80°C (零下 112°F) 的冰箱里，他們儲存了裝滿來自不同捐贈者的細胞的試管。其中一位 27 歲的女性在縮胸手術后捐贈的乳腺組織，已經被 “永生化” 了，即通過操縱來無限增殖。

斯特里克蘭德和艾格已經生產出一種既含有乳糖又含有酪蛋白的液體，這也是母乳中發現的主要蛋白質和糖類化合物。目前正在進一步對其進行測試，是否能檢測到其他成分，例如寡糖和脂質。斯特里克蘭德估計，大約需要兩年時間才能找到一個足夠好的匹配對象。

正如斯特里克蘭早期所設想的那樣，他們計劃與孕婦一起工作，采集她們的乳腺上皮細胞樣本，并培養她們以產生個性化的母乳，以便在嬰兒出生時使用。之后，他們希望使用供體細胞創建更經濟的通用選擇。艾格堅持認為，無論哪種方式都將比配方奶粉要更好。

全球十個孩子中就有六個無法喝到母乳

根據 2019 年聯合國兒基會數據顯示，全球僅有 40% 的嬰兒能夠獲得 6 個月的純母乳喂養：在中高收入國家，純母乳喂養率從 2012 年的 28.7% 降低至 2018 年的 23.9%，為全球最低。在全世界范圍內，只有 40% 的媽媽在其工作場所享有最基本的產婦福利。

在中國，母乳喂養率也呈下降趨勢。中國發展研究基金會發布《中國母乳喂養影響因素調查報告》顯示，中國 6 個月內嬰兒純母乳喂養率只有 29.2%，遠低于 43% 的世界平均水平和 37% 的中低收入國家平均水平。而在 23 年前的 1998 年，中國母乳喂養率是 67%。

母乳喂養似乎是人類從進化初期就有的生物本能。但隨著社會經濟的發展，人們的主客觀思維都產生了變化，導致母乳喂養率呈現全球走低的趨勢，與之形成鮮明對比的是，配方奶粉行業的日益壯大。

1851 年，世界上第一個帶有軟木塞和象牙針的現代奶瓶被法國人發明出來后不久，一位德國化學家 Justus von Liebig 配制了第一個商業嬰兒配方奶粉，其中包括牛奶、小麥、麥芽粉和少許碳酸氫鉀，并于不久后被認為是理想的嬰兒食品。

到 20 世紀，受廣告的影響，配方奶粉的使用量猛增。到 1972 年，美國有 22％的嬰兒采用母乳喂養，這是歷史最低水平，低于 1936 年至 1940 年間的 77％。

如今，這些數據雖然略有回升，但是，按照美國兒科學會和世界衛生組織的建議，僅四分之一的人只能用母乳喂養六個月。?

此外，許多新生兒的母親受到工作影響，在工作場所進行母乳喂養或抽奶可能很困難。對經濟情況稍貧困的女性來說更加困難，沒有強制性的帶薪育兒假，也導致了客觀上無法照顧孩子。

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合成生物技術能否拯救母乳喂養現狀？

如何解決“全球性”的母乳喂養難題？很多人將目光轉向了合成生物技術。

合成生物學的概念最早由Hobom B.于1980年提出，用來表述基因重組技術。2003年國際上將合成生物學定義為基于系統生物學的遺傳工程和工程方法的人工生物系統研究。

合成生物學圍繞生命體運轉邏輯，利用其中的規律和運作方式，對生物進行手動“改造”，以讓其具備所需的功能和價值。“改造”分為兩大部分：“信息設計”和“添加生物元件、裝置和系統”。

在 “元件插入和系統構建” 層面。該過程屬于系統生物學范疇，主要研究生物系統不同部分之間的相互作用和關系，以及基因、蛋白質網絡如何影響代謝途徑或細胞信號傳遞等。

多學科交叉是合成生物學的基本特點，這讓其應用情況并非囿于單一領域，同樣呈現交叉和多面的發展態勢。與基礎學科和單一技術不同，合成生物學更像是一個 “工具”，它從利用生物技術構建功能性生命體（細胞）出發，散射到不同的應用版圖。發展至今，相關技術的發展也逐漸由科研探索驅動開始轉向工程能力驅動。