ИИ-матка и криоконсервация — шесть новейших репродуктивных технологий

Недавно китайская компания Kaiwa Technology из Гуанчжоу объявила, что работает над созданием первого в мире робота-гуманоида с искусственной маткой. Авторы разработки утверждают, что система способна выносить плод до того момента, когда ребенок уже не будет нуждаться в поддерживающей среде. Стоимость технологии, по оценке компании, составит около 100 тыс. юаней (примерно $13 900), и она может выйти на рынок уже к 2026 году. Пока этические (проблема отсутствия родителей), правовые аспекты и вопросы технической реализации разработки остаются открытыми.

Искусственная матка — одна из новейших разработок в области репродуктивной медицины. О других новейших методах, которые уже применяют или только планируют использовать в терапии человека, рассказываем в материале.

Инвитро-гаметогенез (IVG)

Технология помогает создавать в условиях лаборатории полноценные половые клетки (гаметы). IVG обещает помочь тем людям, у кого они не производятся самостоятельно. Инвитро-гаметогенез позволит врачам создавать репродуктивные клетки из любой клетки, взятой из тела, — например, из кусочка кожи или пряди волос.

Технология включает в себя несколько этапов:

1. У будущего родителя берут клетки кожи или крови.
2. Эти клетки «перепрошивают» в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (иПС-клетки) — превращают в «универсальных бойцов». Этот биоматериал может стать любыми клетками организма.
3. Затем их превращают в предшественников половых клеток — тех, из которых позже формируются сперматозоиды или яйцеклетки.
4. Эти зачатки клеток помещают в миниатюрные лабораторные аналоги органов (органоиды), тоже созданные из стволовых клеток.
5. Органоиды подают нужную информацию клеткам с помощью определенных переносчиков данных —- сигнальных молекул, помогая тканям развиться в полноценные сперматозоиды или яйцеклетки.

Технологию успешно применили на мышах, но до использования ее на людях по мнению авторов, еще далеко.

На схеме показан процесс создания, начиная с соматических клеток (Soma), превращающихся в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPSCs). Затем iPSCs становятся PGLCLCs (предшественники половых клеток). Далее происходит развитие незрелых половых клеток — сперматогоний и ооцитов. В конечном итоге, формируются сперматозоиды и яйцеклетки (Фото: Saitou and Hayashi)

Внутриплазматическая инъекция сперматозоидов

Это метод, при котором эмбриолог с помощью тонкой иглы вводит один сперматозоид внутрь зрелой (то есть, готовой к оплодотворению) яйцеклетки. Эта процедура проходит в лаборатории под микроскопом.

Технология ВИС помогает справиться с мужским бесплодием. Например, ВИС эффективен, когда сперматозоидов мало или они медленны и не достигают вовремя половой клетки женщины.

После введения мужской гаметы яйцеклетка оплодотворяется, и дальше за развитием эмбриона наблюдают в инкубаторе до переноса в матку женщины.

Процесс введения одного сперматозоида в яйцеклетку (Фото: Springer Nature Link)

Продвинутые генетические скрининги

Это зонтичный термин, которые описывает расширенные методы предимплантационного тестирования (анализа эмбриона, который проводится в лаборатории до переноса в матку при ЭКО — прим. РБК Трендов). Технология помогает отбирать самые здоровые эмбрионы, снижая риски выкидышей и наследственных болезней.

• Тест на анеуплоидию (PGT-A, Preimplantation Genetic Testing for Aneuploidy) — тестирует эмбрионы на лишние или недостающие хромосомы (например, такое наблюдается при синдроме Дауна), благодаря чему отбираются эмбрионы с необходимым набором хромосом.
• Тест на моногенные заболевания (PGT-M, Preimplantation Genetic Testing for Monogenic diseases) — работает более точечно, выявляет мутации в конкретных генах, вызывающих наследственные заболевания (например, муковисцидоз или болезнь Хантингтона), и помогает избежать передачи их плоду. Этот тест чаще используется, если в семье есть люди с определенными моногенными заболеваниями, чтобы исключить перенос негативных мутаций плоду.
• Тест на структурные перестройки (PGT-SR, Preimplantation Genetic Testing for Structural Rearrangements) — обнаруживает хромосомные перестройки, например, транслокации или инверсии, которые не дают работать хромосомам нормально и могут вызывать выкидыши или аномалии. Тест проводится, если у родителей есть сбалансированные хромосомные перестройки, которые сами не вызывают симптомов, но могут создавать проблемы у потомства.

Все три метода уже активно применяются в клинической практике ЭКО. Они увеличивают шансы на успешную беременность и рождение здорового младенца, особенно среди пар с выявленными генетическими рисками и неудачными ЭКО.

Криоконсервация

Это технология глубокой заморозки яйцеклеток, сперматозоидов и эмбрионов при очень низких температурах (около −196 °C) в жидком азоте. Криоконсервация позволяет сохранить жизнеспособность клеток на долгие годы и использовать их для зачатия спустя время.

Современный и самый эффективный способ криоконсервации — это витрификация. При ней материал замораживается очень быстро, превращаясь в стеклообразное состояние. Из-за того, что витрификация проводится быстро, в материале образуется меньше повреждающих структуру клеток ледяных кристаллов. Для хранения используют специальные резервуары — это защищает клетки и повышает их выживаемость.

В США и других странах при программах ЭКО замороженные яйцеклетки и эмбрионы успешно используются спустя месяцы или годы после криоконсервации. Показатели выживаемости эмбриона после разморозки и успеха имплантации остаются высокими. Так, после разморозки около 70% эмбрионов остаются жизнеспособными. Это, правда, не сильно влияет на процент успешной имплантации и беременностей: он может быть ниже 10%. Несмотря на это, суммарные показатели успешных беременностей достигают 60%.

Погружение эмбрионов в жидкий азот (Фото: Cloud Nine Fertility)

Митохондриальная замена

Это технология, заменяющая поврежденные митохондрии («энергетические станции клеток») в яйцеклетке или эмбрионе на здоровые от донора. В результате ребенок получает ДНК от трех человек — матери, отца и донора.

Процедура предупреждает рождение детей с наследственными митохондриальными заболеваниями. Это группа нарушений, которые ломают работу митохондрий. Эти органоиды (структурные частицы внутри клетки) перерабатывают кислород и питательные вещества в энергию, необходимую для нормальной работы организма. Когда митохондрии не вырабатывают достаточно энергии, это может вызывать разнообразные симптомы — от слабости и проблем с мышцами до нарушений работы мозга, сердца, почек и других систем.

Заболевания митохондрий могут проявляться в любом возрасте, симптомы у разных людей сильно различаются, а сама болезнь наследуется через гены. Самые распространенные формы — синдром MELAS, наследственная оптическая нейропатия Лебера, синдром Лей.

Искусственные матки (эктогенез)

Искусственные матки — это технологии, позволяющие развивать эмбрионы и плоды вне тела матери. Эти системы воспроизводят внутриутробные условия — питают плод, поставляют к нему кислород и поддерживают постоянство внутренней среды. Именно к этой технологии относится и вышеупомянутая роботизированная система от китайской компании Kaiwa Technology.

Искусственные матки успешно применяют в сельском хозяйстве. Например, система Biobag позволяет ягнятам ускоренно развиваться несколько недель в искусственной среде с контролируемыми условиями.

В США ученые из Детской больницы Филадельфии уже разработали и внедрили внематочную среду для развития новорожденных — Extend. Хотя Extend не предназначен для вынашивания плода от зачатия до рождения, она повышает выживаемость крайне недоношенных младенцев. А в Японии и Европе создаются системы с адаптивным объемом и контролем параметров для безопасного роста плода.

Искусственная матка (Фото: MIT Technology Review)