Искусственная матка для недоношенных детей. Медицина и наука. Искусственная матка. ("Святая!! ":) Будущее научной разработки

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.

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.

Несомненно, искусственная матка (или искусственная утроба) – тема, спровоцировавшая бурную реакцию общественности. Еще не отгремели скандалы, связанные с экстракорпоральным оплодотворением. Именно оно показало миру, что процесс зачатия может спокойно протекать и без активного участия , вызвав неоднозначные высказывания.

Рождение «детей из пробирки» кому-то подарило утраченную надежду иметь ребенка, а других – повергло в настоящий ужас. Радикальные противники искусственного оплодотворения пророчили обесценивание роли мужчины в обществе, полную победу феминизма. Но не тут-то было, господа госпожи феминистки!

Искусственная матка нивелирует и роль , доказывая, что ребенок может с успехом развиваться и без участия матери.

Первым ученым, добившимся реального результата в создании искусственной матки, стал японец Есинори Кувабара. Профессору токийского университета удалось воссоздать процесс внутриутробного развития козленка вне организма матери, что стало настоящей сенсацией в медицине. Ученый разработал специальный контейнер, в который подсадил оплодотворенную яйцеклетку козы.


Таким образом, удалось организовать оптимальные условия среды и систему питания развивающего плода, максимально схожую с естественными. Но прежде, чем безумный ученый пришел к успеху, были и другие не менее значимые события.

Историческая справка

Попытки создания искусственной утробы предпринимались учеными еще в середине прошлого века. Изначально преследовалась цель выхаживания недоношенных младенцев, родившихся слишком рано. Это должно было делать их более жизнеспособными. Делалось это в так называемых кувезах.

Поэтому кувезы можно назвать первой искусственной утробой, созданной человеком. Это пластиковые герметичные контейнеры, в которых поддерживается оптимальная температура, уровень кислорода и влажность воздуха. Питание ребенка осуществляется при помощи зонда.

Однако агрегат помогает спасти жизнь ребенка, родившегося не ранее 22-й недели. До этого срока попытки сохранить жизнь почти стопроцентно обречены на провал. Ведь на этих сроках у плода еще не сформировалась система дыхания, готовая к газообмену.

Помимо кислорода, в организм эмбриона человека с током материнской крови попадают питательные вещества. Медики смогли установить и воспроизвести в лабораторных условиях их точный химический состав, после чего порог выживаемости был отодвинут до 20-тинедельного срока.

То есть сегодня существует реальная возможность выжить 500-грамовому незрелому плоду, слишком быстро “выскочившему” из утробы матери.

В конце 70-х годов медицина официально объявила о проведении экстракорпорального оплодотворения – зачатие стало возможно вне организма человека. Чтобы полностью перенести процесс формирования ребенка с первых моментов существования до полноценного развития, оставалось соединить оба достижения медицины, что оказалось не так-то просто.

Основная загвоздка заключалась в создании искусственной плаценты. Однако в природе нет материала, способного выполнять функции этого удивительного органа. В результате многочисленных исследований удалось выделить особые . Именно они дали ученым надежду на воплощение в реальность этой сложнейшей задачи.

Многими футурологами и генетиками уже было высказано, для чего еще может быть использована искусственная утроба. Одна безумная идея, по их мнению, должна послужить для реализации еще более безумной и, на первый взгляд, невероятной. Так вот, искусственная матка - еще одна технология, которая в будущем может быть полезна для воскрешения мамонтов из их ДНК. Ведь вырастить мамонтенка в мамонтихе не получится в силу того, что первые вымерли. А Африканская или Индийская слониха далеко не со стопроцентной вероятностью может выносить расово-полноценного и здорового мамонта. Здесь-то на помощь и придет рассматриваемое изобретение.

Перспективы

Искусственно выращенный человек – поистине фантастический замысел, постепенно приближающийся к реальности. Целью выращивания людей вне женского организма задаются не только японцы, но и ведущие специалисты Америки и Европы. Однако эти исследования не считаются гуманными и по ряду этических соображений масштабного признания они не снискали. Увы и ах…

А опыты эти могут много чего полезного принести человечеству. Вот те перспективы, которые открывает проект «Искусственная матка» перед человечеством:

• Новая технология позволит обрести счастье материнства женщинам, которые не способны выносить собственного ребенка из-за дефектов развития детородных органов.
• Процесс внеутробного выращивания плода позволит контролировать процесс развития на всех этапах. Это даст возможность предупреждения многих врожденных патологий. Статистика приводит данные, что сегодня частота генетических отклонений у новорожденных составляет 5%. Новая технология позволит значительно снизить этот показатель.
• Современная хирургия сделала огромный шаг – сегодня операции проводятся на зародыше при внутриутробном выявлении пороков внутренних органов. Искусственная матка позволит облегчить задачу фетальным хирургам, максимально снизить вероятность послеоперационных осложнений.
• Искусственная шейка матки дает женщинам, страдающим тяжелыми соматическими заболеваниями, беременность при которых категорически противопоказана, обрести счастье материнства.

И это, если пофантазировать далеко не все. Что бы Вы сюда добавили?..

В 1880 году акушер Стефан Тарнье изготовил первый в истории инкубатор для недоношенных детей. Фактически это был просто деревянный ящик с отсеком для хранения бутылки с теплой водой, но эта простая конструкция позволила уменьшить смертность среди младенцев почти вдвое. К 1960 году начались эксперименты по созданию более продвинутых инкубаторов, которые, по задумкам ученых, должны были воспроизводить все функции матки. В экспериментах использовались эмбрионы кроликов, ягнят и коз, но каждый раз исследователи терпели неудачи - плоды погибали от заражения, сбоев системы и множества других факторов.

За прошедшие десятилетия инкубаторы мало изменились. Сегодня они способны поддерживать жизнь младенца не младше 22 недель. При этом 80% тех, что рождаются на 23 неделе или раньше, умирает. Для 20% выживших искусственное выхаживание оборачивается задержками в развитии и различными дефектами. У тех, кто помещается в инкубатор до 28 недели, выявляются проблемы с мозгом, потому что этот орган развивается у плода дольше всего.

Причиной Сверхпустоты Эридана может быть параллельная вселенная

Лишь недавно американским ученым удалось совершить прорыв, вплотную приблизившись к созданию искусственной матки. В разработанном исследователями Детского госпиталя Филадельфии инновационном инкубаторе удалось вырастить совершенно здоровых ягнят. Инкубатор представляет собой пластиковый мешок с жидкостью, в котором находятся контур, проводящий кислород, и трубки для доставки жизненно важных веществ - его устройство принципиально отличается от современных моделей, он больше похож на настоящую матку.

Ученые помещали эмбрионы овец в эту искусственную матку на сроке, соответствующем концу пятого месяца человеческой беременности - 22-24 недели. Ягненок открывал рот, глаза, постепенно его кожа уплотнялась, и он покрывался шерстью. Происходил нормальный процесс развития плода. Между тем, при прерывании беременности на таком сроке при использовании существующих инкубаторов выживает менее половины недоношенных младенцев. А угроза развития у выживших серьезной инвалидности достигает 90%. Созданная в Филадельфии искусственная матка кардинально поменяет ситуацию в выхаживании недоношенных детей. Но не только.

Ранее ученым удавалось обходить этические вопросы, неизбежные при создании искусственной матки: технологии просто не позволяли такого. Но теперь споры разгораются. Дальнейшее совершенствование созданного американскими учеными аппарата для искусственного вынашивания позволит выращивать эмбрионы с самых ранних стадий. По сути сделает ненужным естественный процесс беременности. Ученые говорят, что такой формат может быть даже более безопасным для ребенка: к примеру, исключается контакт плода с алкоголем и наркотиками, которые может принимать беременная женщина. Отпадет необходимость и в спорном с этической точки зрения суррогатном материнстве.

Наконец, искусственная матка освободит женщин от опасностей беременности, даст возможность более равномерно распределить рабочее время, но вместе с этим породит множество вопросов о необходимости семьи. Мужчинам искусственная матка позволит заводить детей вообще без участия его матери: достаточно найти донора яйцеклетки, провести экстракорпоральное оплодотворение и искусственно выносить плод.

Барьеры, которые встают на пути новой технологии, в первую очередь этические. Хоть это и уравняет мужчин и женщин с точки зрения продолжения рода, но, возможно, общество еще не готово к разрушению биологической основы семьи. При этом запас времени до 2074 года значительный, так что прогнозы Холдейна имеют все шансы на досрочную реализацию.

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».