Искусственная матка для вынашивания плода. Инкубатор вместо мамы: зачем ученые создают искусственную матку. Как работает устройство

Игорь Шандарин, студент биологического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова

«Лента ползёт; одно за другим переселяют яйца из пробирок в бутыли: быстрый надрез устилки, легла на место морула, залит солевой раствор... и уже бутыль проехала, и очередь действовать этикетчицам... » Антиутопия «О дивный новый мир» американского писателя Олдоса Хаксли пугает читателя обществом потребления, настолько обезличенным и механистичным, что сами люди рождаются там не естественным путём, а выращиваются на специальных человекофабриках и подразделяются на социальные касты ещё на стадии эмбрионов. Процесс рождения человека «из пробирки» описан детально и с отталкивающим бесстрастием, словно Хаксли ищет в этом противоестественном акте не то причину, не то предельное выражение деградации «дивного» мира.

Запрет на вторжение в таинство зарождения жизни укоренён в человеческом сознании очень глубоко; научные и клинические работы на этом направлении постоянно осложнены их этической неоднозначностью, не говоря о том, что сама тема беременности и родов до сих пор табуирована во многих культурах. И тем не менее это вторжение происходит и на сегодня зашло уже достаточно далеко.

Статистика разных стран свидетельствует: около 5% населения репродуктивного возраста (от 16 до 40 лет) испытывает трудности с зачатием ребёнка. На первый взгляд, цифра небольшая, но, например, для России это три миллиона человек, что равно населению Новосибирска и Екатеринбурга, вместе взятых. Один из путей борьбы с бесплодием - поиск условий для вынашивания плода вне тела матери: создание искусственной матки.

Матка, в которой происходит развитие эмбриона и вынашивание плода, представляет собой своего рода трёхслойный «мешок», где согласованно работают периметрий (наружный слой), миометрий (промежуточный) и эндометрий, выстилающий матку изнутри. Процесс развития зародыша хорошо изучен: зигота внедряется в матку, формируются плацента и амниотический мешок; вокруг растущего эмбриона накапливается жидкость, где постоянно циркулируют гормоны, через плаценту поступают кровь, кислород и питательные вещества. Фактически плод развивается в своего рода «высокотехнологичном аквариуме». Однако воспроизвести этот «аквариум» во всей полноте его природного устройства, динамики и молекулярных сигнальных связей, обеспечивающих его функционирование, искусственно реконструировать всё облако биохимических коммуникаций с материнским организмом - задача исключительной сложности.

Попытки создания искусственной матки начались ещё в 50-е годы прошлого века с целью увеличить шансы недоношенных детей на выживание. Дело в том, что сурфактанат (смесь поверхностно-активных веществ, состоящая из фосфолипидов, белков и полисахаридов), препятствующий спадению альвеол, начинает образовываться в лёгких плода только на 22-24-й неделе беременности. Это критический срок: после него недоношенный плод может выжить за счёт искусственной вентиляции лёгких, на более ранних этапах бесполезной. Но в середине прошлого века медицине не хватало ни технологий, ни данных о том, какие условия оптимальны для плода, чтобы «дотянуть» его до жизнеспособного состояния вне тела матери.

Первого значительного успеха добился в 1997 году профессор акушерства и гинекологии из токийского университета Juntendo (Япония) Йошимори Кувабара, занимавшийся проблемой невынашиваемости всю жизнь. В своих экспериментах на козах он помещал 17-18-недельные эмбрионы в пластиковый контейнер с синтетической амниотической жидкостью, которая имитировала естественную среду в организме матери. Изначально эта сложная динамическая среда состояла из воды и электролитов, потом в неё по схеме вводили белки, жиры, углеводородные соединения, различные гормоны и ферменты, антимикробные вещества и мочевину. В ходе эксперимента продолжительность жизни плода в искусственной среде достигла трёх недель, но довести вынашивание до успешного конца так и не удалось.

Кувабара работал с довольно поздними сроками развития плода. Его более молодая коллега профессор Ханг Чин Лью из Корнелльского университета (США) сконцентрировалась на экспериментах с избыточными эмбрионами - побочным продуктом успешного экстракорпорального оплодотворения (ЭКО).

«Лишние эмбрионы» - один из этических вопросов, которые ЭКО ставит перед обществом, но именно они позволили профессору Лью создать вполне успешную технологию развития эмбриона в искусственной матке. Сама матка формировалась уже классическим для биоинженерии способом: клетки эндометрия (внутренний слой матки) помещали на биоразлагаемый «каркас», формировали эндометриальную ткань, затем основу растворяли и оставался только «контейнер». В него подсаживали эмбрионы на стадии зиготы (этапа развития оплодотворённой яйцеклетки).

Зиготы успешно внедрялись в ткань и росли на протяжении 14 дней - этим сроком законодательство США ограничивает допустимое время развития человеческого эмбриона в лабораторных условиях. После 14 дней эксперимент прекращали.

Чтобы расширить горизонт исследования, с 2002 года Лью стала использовать мышей. Ей удалось имплантировать искусственную матку в организм взрослого животного и получить впечатляющий результат: эмбрион мыши развивался в импланте 19 дней, всего на 2 дня меньше, чем срок его полного созревания (для мышей это 21 день).

Одну из возможных причин невынашиваемости Лью видит в недоразвитии кровеносных сосудов, по которым кровь транспортирует вещества, регулирующие работу «аквариума», в частности гормоны. Профессор репродуктивной медицины Вейдун Ван из Корнелльского университета (США) показал, что с развитием кровеносных сосудов в матке связан ген AGPAT; когда он заблокирован, эмбрион не может полностью имплантироваться и нормально развиваться. Это исследование не только имеет значение для работы над искусственной маткой, но и открывает перспективы для борьбы с бесплодием, обусловленным дефектами данного гена.

Специалисты Детской больницы Филадельфии разработали искусственную утробу, благодаря которой можно будет значительно повысить выживаемость недоношенных детей, рожденных начиная с 22-й недели беременности. Устройство имитирует внутриутробную среду, наполненную амниотической жидкостью, позволяя помещенным внутрь детям развиваться в условиях, максимально приближенных к естественным. О новой разработке ученые рассказали в журнале Nature Communications .

22 недели — это порог выживаемости недоношенных детей. На этом сроке у них уже полностью сформирован позвоночник и почти полностью мозг, но многие внутренние органы, особенно легкие, еще недоразвиты. Выживаемость таких детей составляет максимум 10%. Начиная с 24-й недели беременности дети уже способны выжить примерно в половине случаев.

До сих пор необходимость оказания медицинской помощи детям, рожденным до 24-й недели, является предметом горячих дискуссий: на таком сроке в случае, если ребенок выживал, был велик риск его последующей инвалидизации, поэтому сохранять ему жизнь часть врачей считает негуманным.

Так, наблюдение до шести лет за детьми, рожденными на 22-25-й неделе беременности, выявило, что до 46% из них имеют инвалидность средней или тяжелой степени, еще 34% — легкую инвалидность. Многие из них страдают от детского церебрального паралича, эпилепсии, сталкивались с проблемами со зрением, отстают от сверстников в умственном развитии.

Сейчас недоношенных детей помещают в кувезы — специальные инкубаторы, в которых поддерживается определенный уровень тепла, влажности и содержания кислорода. Но в кувезе дети находятся сухими, а не в околоплодной жидкости, а газообмен происходит с помощью легких, зачастую — с использованием аппарата искусственной вентиляции, а не через насыщение пуповинной крови. Такие условия не являются физиологичными для плода, а при недостаточном развитии легких могут даже представлять смертельную опасность.

Разработанная учеными искусственная матка представляет собой пластиковый мешок, в котором находится электролитный раствор, по составу схожий с амниотической жидкостью. Снаружи расположено устройство, к которому подсоединяется пуповина плода — сердцебиение обеспечивает циркуляцию крови от плода к устройству, где она насыщается кислородом и питательными веществами, и обратно.

Таким образом, недоношенный плод находится в условиях, максимально приближенных к естественным условиям беременности.

Разработка такой системы жизнеобеспечения заняла всего три года. За это время исследователи разработали и проверили работоспособность четырех прототипов, начиная от стеклянного контейнера и заканчивая пластиковым мешком.

Последний прототип был успешно протестирован на восьми ягнятах, находившихся на 105-120-м днях развития, что соответствует 23-24-й неделям беременности у людей. На протяжении четырех недель, проведенных в искусственной матке, у ягнят успешно развивались легкие и мозг, вырастала шерсть. Они начали двигаться, открывать глаза и глотать жидкость, в которой находились. После окончания эксперимента ягнята были препарированы, а ткани их органов исследованы гистологами.

«Наша модель искусственной утробы оказалась чрезвычайно успешной, — рассказывает руководитель проекта Алан Флейк. — Ягнята нормально росли. У них нормально развивались легкие, нормально развивался мозг. Они нормально развивались во всех направлениях, которые только можно было измерить».

Несмотря на успешный эксперимент, исследователи призывают не терять голову от восторга.

Это уже не первая попытка создать искусственную матку -

в середине 1990-х годов весь мир облетели фотографии из лаборатории японского ученого Есинори Кувабары с плавающим в питательном бульоне плодом козы. Кувабара пытался обеспечить зародышам на разных стадиях развития условия, максимально точно имитирующие естественную среду, но ни одно животное так и не дожило до рождения.

А еще раньше, в 1960-1970-х годах, в СССР ученый Олег Белокуров в НИИ акушерства, гинекологии и репродуктологии имени Д.О. Отта создал установку для двусторонней перфузии изолированной плаценты человека, позволившую изучать транспортную функцию плаценты.

Установка получила название «Божена» — «Белокурова Олега женщина». Это в те годы принесло ему славу чудака, который хотел изобрести «машину деторождения».

Если с «машиной деторождения» филадельфийских ученых не возникнет никаких проблем, они собираются протестировать изобретение на недоношенных детях уже в течение следующих трех-пяти лет.

Команда не ставит перед собой цель выращивания организма с момента зачатия. «Мы не собираемся расширять рамки жизнеспособности, — говорит Флейк. — Наша задача — обеспечить недоношенным детям возможность выжить».

Развитие млекопитающих (в том числе и человека) в материнской утробе - длительный и сложный процесс. Конечно, он привычен для нас, и каждому известно, что происходит в то время, когда плод находится в утробе матери. Ученые с давних времен задавались целью вырастить плод в искусственных условиях. Но активно этот вопрос начал исследоваться примерно два десятилетия назад.

Первые эксперименты

Успешный эксперимент по разработке искусственной матки был выполнен учеными из Филадельфии. Их способ уже опробован и работает достаточно неплохо. В лаборатории филадельфийских ученых находился не один плод, а целых восемь - это ягнята, которые продолжают свое развитие в искусственных условиях. Их внутренние органы постоянно увеличиваются в размерах. Ягнята иногда открывают глаза, двигаются, делают глотательные движения - все то, что должен делать плод на определенном этапе своего развития. Ученые считают, что в будущем искусственная матка станет повсеместным способом безопасного вынашивания недоношенных детей.

Минимальный срок внутриутробного развития, после которого плод может считаться жизнеспособным, составляет 20-22 недели. Масса тела при этом должна составлять около 400 г. Таких младенцев помещают в кувез, где поддерживается необходимый уровень температуры и влажности. Также в кувезе применяются аппараты искусственного дыхания, дорогостоящие лекарственные средства. Однако даже самые современные методики не могут поддерживать ту среду, которая могла бы быть сравнима с материнской утробой.

Мечта ученых

Настоящая матка - это трехслойный «мешок» из мышечной ткани. Вынашивание плода было бы невозможно без согласованной работы трех ее слоев - эндометрия, миометрия и периметрия. Ученые уже достаточно хорошо изучили процесс развития: оплодотворенная яйцеклетка внедряется во внутренний слой матки, постепенно формируется плацента, а вокруг плода накапливается жидкость. Однако до сих пор воспроизвести все эти условия для исследователей было невозможным. Идея искусственного вынашивания, как и идея гомункула (человека, созданного руками других людей), очень давно будоражит умы ученых. Такие достижения прогресса, как создание искусственной матки, ставят перед человечеством немало морально-этических вопросов. Однако остановить прогресс нельзя, и с этими вопросами общество вскоре встанет лицом к лицу.

Как работает устройство?

Если смотреть со стороны, более всего она похожа на вакуумную упаковку. На самом деле это не более и не менее, чем биосумка. Ученые назвали свою разработку biobag, что в переводе с английского и означает «биосумка». С другой стороны, искусственная матка является системой, которой присущи те же элементы, что и настоящей матке. Раствор, находящийся внутри нее, выводит накопившиеся вредные вещества из организма плода. По сути, этот раствор является аналогом амниотической жидкости или же околоплодных вод. Все питательные вещества, в том числе и кислород, эмбрион получает через искусственную «пуповину». Одновременно здесь происходит газообмен.

Ученые объясняют: главная проблема, из-за которой погибают недоношенные дети - это недоразвитость легких. В утробе матери легкие ребенка заполнены жидкостью. «Биосумка» имитирует такое состояние. А также, в отличие от других способов она защищает плод от патогенной окружающей среды. Искусственная матка работает без насоса.

Важность проблемы

Искусственная матка для недоношенных детей могла бы решить глобальную проблему преждевременных родов. Согласно статистике ВОЗ, порядка 15 млн детей каждый год умирают из-за недоношенности - а это один из десяти всех новорожденных. Порядка миллиона из них умирают сразу же, а те дети, которые выжили, могут страдать различными физиологическими или же умственными проблемами.

Эксперимент

Возраст эмбриона ягненка, который был пересажен учеными в искусственную утробу, был эквивалентен 23-недельному сроку человеческого эмбриона. До того как эксперимент был поставлен филадельфийскими учеными, опыт пытались провести ученые из различных стран мира. Однако плод погибал уже через несколько часов. Проблема была в том, что эмбрион нуждался в «мосте» между утробой матери и искусственной маткой.

Вначале устройство было протестировано на ягнятах, возраст которых составлял порядка 120 дней. После того как эмбрионы провели четыре недели в «биосумке» их подвергли тщательному изучению. Исследователи не обнаружили никаких проблем. Можно возразить, что овцы находятся на гораздо более низкой ступени развития, нежели люди. Однако сейчас начало уже положено, и в скором времени будет изобретено подобное устройство для младенцев. Ученые утверждают, что к тому времени, когда будет разработана искусственная матка для людей, потребуется всего лишь 1,5 минуты, чтобы «переключить» плод от организма матери к искусственному устройству. Если все дальнейшие опыты пройдут удачно, то уже через несколько лет начнутся первые испытания на людях. Эта разработка поможет спасти не одну человеческую жизнь.

Животные, которые пробыли в устройстве четыре недели, должны были быть умерщвлены - это требовалось для их дальнейшего изучения и оценки успешности эксперимента. Однако один ягненок, к которому у научного сотрудника возникла привязанность, остался в живых, его отправили на ферму.

Будущее научной разработки

То, что уже сейчас ученые создали искусственную матку для вынашивания эмбрионов, говорит о значительном прогрессе в данной сфере. Эти эксперименты имеют колоссальное значение для человечества. Однако несмотря на то, что предыдущие эксперименты проводились достаточно успешно, это еще не является стопроцентной гарантией того, что подобное устройство будет создано и для вынашивания человеческих эмбрионов.

Если и дальнейшие опыты пройдут благополучно, недоношенных детей после кесарева сечения также будут перемещать в устройство. В течение четырех недель малыши будут проводить время в условиях, максимально приближенных к естественным. Ученые также подчеркивают: эта технология будет успешной только лишь для тех детей, которые появились на свет позже 24-й недели внутриутробного развития.

Юные девушки рожают, не отвлекаясь от учебы и построения карьеры.

Успешная бизнес-леди прилетает из важной заграничной командировки, а профессиональная спортсменка – с соревнований аккурат к рождению своих младенцев.

Никого больше не удивляют 70-летние матери и отцы новорожденных.

Однополые пары становятся генетическими родителями своих малышей.

И речь идет не о суррогатном материнстве, а о полном исключении женщины из процесса вынашивания и рождения детей, а в некоторых случаях – и из зачатия!

  • Фантастика?! Не совсем…

Разработки ученых уже позволили создавать искусственную матку, в которой стало возможным прикрепление и развитие эмбрионов.

Зачем нужна искусственная матка

Эксперименты по развитию эмбрионов вне женского тела были начаты для решения ряда медицинских проблем:

  1. Бесплодие или невынашивание беременности при изменениях матки, гормональных нарушениях и т.д., а также серьезные патологии внутренних органов, когда вынашивание ребенка может представлять угрозу жизни матери (пока единственным выходом для рождения генетически собственного ребенка в таких случаях остается суррогатное материнство).
  2. Болезни, возникшие в организме беременной женщины , которые требуют приема препаратов, могущих вызвать пороки развития у ребенка, применения радиотерапии или хирургического вмешательства (сегодня такие ситуации заканчиваются искусственным прерыванием беременности).
  3. Спасение глубоко недоношенных новорожденных . Сейчас минимальный срок беременности, с которого ребенок считается жизнеспособным вне тела матери – 20-22 недели при массе тела приблизительно 400 г. Выхаживание таких младенцев происходит в условиях кувеза (специального инкубатора, поддерживающего оптимальную температуру и влажность), с использованием аппаратов искусственного дыхания и применением множества дорогостоящих препаратов. Но даже самые современные методики не позволяют создавать среду, сходную с вынашиванием в организме матери, поэтому спасти удается далеко не всех малышей, а многие выжившие дети, родившиеся задолго до срока, остаются инвалидами.

Искусственная матка – сложный прибор для вынашивания плода, полноценно заменяющий матку живого существа. Создание условий для полноценного развития зародыша вне тела матери позволило бы помочь рождению здорового ребенка во всех перечисленных выше ситуациях.

Научные достижения

В далеком по меркам современного скоростного прогресса 2002 году доктор из Корнелла Хан Чин Лиу сумела вырастить в искусственной матке мышонка, который «родился» калекой, но живым! Опыты проводились и с эмбрионами других млекопитающих, включая человека. Правда, эксперименты с человеческими эмбрионами, оставшимися от программ искусственного оплодотворения, прерывались уже на 6 день, но их продолжительность должна была увеличиваться.

Ученые считают, что создание аппарата, имитирующего условия развития ребенка в организме беременной женщины настолько, что в нем можно будет выращивать детей, ничем не отличающихся от тех, кто зачат и рожден традиционным способом, возможно.

Более того, «делать» детей в пробирке медики смогут не только из сперматозоидов мужчин и яйцеклеток женщин, как это было на протяжении всей истории человечества, но и из сперматозоидов, созданных на основе женского генетического материала и «мужских» яйцеклеток. То есть однополым парам для рождения ребенка тогда не нужно будет искать партнера противоположного пола. И на уровне генетики их малыши получат черты именно своих двух мам или двух пап.

Конечно, потребуются серьезные исследования, на которые уйдут годы, и успех придет не сразу: слишком сложны процессы, проходящие в организмах будущей матери и растущего плода. Но любые технические проблемы, касающиеся химических и физических реакций, в конечном итоге могут быть решены.

Этика и мораль

Самый главный вопрос, на который предстоит ответить: а нужна ли она вообще, эта искусственная матка?

С точки зрения пар, имеющих проблемы с продлением рода, такой аппарат стал бы величайшим благом. Но ведь планета Земля вовсе не страдает от недостатка на ней людей, скорее, наоборот, мы уверенно шагаем к перенаселению. В Китае, например, уже проводится государственная политика, направленная на снижение рождаемости. Так стоит ли тратить огромные ресурсы на то, чтобы дать возможность иметь детей тем, кому в этом отказала природа? И как скажется это на генофонде человечества, учитывая, что к ряду болезней имеется генетическая предрасположенность?

Взаимоотношения матери и ребенка формируются практически с момента зачатия. Беременная женщина переживает серьезную перестройку не только на физическом, но и на психическом уровне. Изменяется мироощущение и будущего отца, который находится рядом, наблюдает, как растет животик у его любимой, ощущает шевеления малыша внутри, общается с ним. Именно тогда формируется любовь к маленькому человечку, который должен родиться. Девятимесячное ожидание, тяготы беременности, болезненные роды повышают «ценность» ребенка для родителей. Будут ли люди так же трепетно относиться к потомству, которое появилось практически без их участия?

Естественно, первоначально искусственная матка будет применяться только по медицинским показаниям. Но в дальнейшем женщины могут пожелать переложить свои детородные обязанности на машину и по социальным причинам, например, чтобы не отказываться от бизнеса, карьеры, или даже просто не портить фигуру. Как это изменит роль женщин в обществе?

Как поменяются тысячелетиями сложившиеся взаимоотношения между полами и институт семьи, если участие женщины в рождении ребенка станет необязательным? Как, собственно, и мужчины…

Подобных вопросов может быть еще множество. А как считаете вы?

Настоящий прорыв в неонатологии - учёные из Детского госпиталя в американском штате Филадельфия создали "искусственную матку". Конструкция, по функциям максимально приближенная к оригиналу, может изменить практику ухода за недоношенными детьми. Шанс выжить будет у новорожденных, которые появились на свет на 23-24 неделе.

Необычная конструкция, похожая на прозрачный пластиковый контейнер или даже полиэтиленовый пакет. Внутри - абсолютно стерильная среда, аналог околоплодных вод. Это "искусственная матка" - сенсационное изобретение американских ученых, сообщает . Буквально через несколько секунд после кесарева сечения туда поместили недоношенного ягнёнка. Он оказался связан пуповиной с оксигенатором - специальным аппаратом, снабжающим кислородом. Эксперимент длился четыре месяца, в нём участвовали еще пять ягнят. И все выжили.

"Они не только выжили, но и смогли там нормально развиваться. Потом мы выкормили их из бутылочек, вырастили, с ними все в порядке. По-моему, они довольно умны. А вообще практически всё, что мы узнали о кровоснабжении плода и о его развитии за последние 50—60 лет, мы узнали именно благодаря таким вот ягнятам", - рассказывает руководитель проекта Алан Флейк.

Создатели "искусственной матки" утверждают - это прекрасная возможность в ближайшем будущем спасать недоношенных детей. Даже если им пришлось появиться на свет на 23-24 неделе беременности. Таких младенцев каждый год только в США рождается тридцать тысяч. И шансов выжить у них практически нет. Они не могут самостоятельно дышать - легкие еще неразвиты. А искусственная вентиляция и переизбыток кислорода чреваты самыми разными патологиями.

"Наше изобретение позволяет этих проблем избежать. В естественной среде, в утробе матери, как известно, легкие ребенка заполнены жидкостью и "искусственная матка" максимально имитирует и эту среду, и это состояние. Ребенок продолжает получать кислород через пуповину, как будто ничего не произошло", - говорит врач Эмили Партридж.

Считается, что для недоношенных детей каждая дополнительная неделя, проведенная внутри матки, пусть даже искусственной, увеличивает шанс и на выживание, и на сохранение здоровья. Правда, насколько такая искусственная система применима для человека, еще предстоит выяснить.

"Мы увидим результаты. Даже если будут исследования на детях, насколько эти дети будут жизнеспособны, насколько эти дети будут развиты — мы увидим результаты спустя десять-пятнадцать лет, когда они будут подростками", - объясняет акушер-гинеколог Стелла Узденова.

Да и чисто технических вопросов у специалистов-неонатологов хватает. Элементарно - как будут выглядеть и работать подобные инкубаторы.

"Речь не идет о том, что недоношенные дети будут рядами висеть в мешках на стене. Мы рассчитываем, что в будущем такое устройство будет похоже на обычный непрозрачный инкубатор, возможно, с камерами для того, чтобы родители могли видеть, как дышит и развивается их ребенок, а он сможет слышать их голоса", - говорит руководитель проекта Алан Флейк.

Доклинические испытания на животных займут еще два-три года, говорят американские ученые, а в медицинскую практику такие инкубаторы могут поступить лет через десять. В случае удачного завершения эксперимента.

Юлия Богоманшина, "ТВ Центр".