Ученые в разных странах мира пытаются создать искусственную матку.
Первые шаги к бестелесному рождению человека уже сделаны: сегодняшняя медицина научилась выхаживать младенцев, родившихся на 22-24‑й неделе беременности. Таким образом, из 280 дней беременности порядка 160 дней плод проводит не в матке, а в инкубаторе. И теперь ученые пытаются создать условия для выращивания младенцев от пятидневного зародыша до пятимесячного плода. Работы идут с разной степенью успешности, но пока вопросов все же больше, чем ответов.
Имитация материнства
Самым трудным оказалось воссоздать плаценту, через которую осуществляется связь матери и ребенка. Наладить оптимальный кровоток, гормональный обмен - все это пока науке не под силу. Шаг влево, шаг вправо - и плод погибнет.
Плодный пузырь с эмбрионом прикрепляется к стенкам матки - в этом залог нормального развития, так что вторая проблема, над которой бьются ученые, - выращивание маточных тканей.
Еще одна трудная задача - воссоздание условий, в которых плод растет в материнском чреве. Современные кювезы, предназначенные для недоношенных детей, для этого не подходят. В них новорожденного помещают в сухую среду, между тем все 280 дней до появления на свет для него привычно и, значит, комфортно нахождение в жидкости. Но как имитировать плодный пузырь и околоплодные воды? Сразу возникает вопрос с обеспечением дыхания: вместо привычных трубок скорее всего будут использовать жидкостную вентиляцию легких.Но есть вещи, которые не поддаются никаким расчетам. Это чувства, которые мать испытывает к развивающемуся внутри нее ребенку, и ни у кого нет сомнений, что эмоции и биохимия тесно взаимосвязаны. Не случайно, все чаще детей, родившихся раньше срока, даже глубоко недоношенных, рекомендуют не держать постоянно в специальном кювезе. Медицина ищет возможности младенцу, оказавшемуся слишком рано вне матери, максимально приблизиться к ней телесно. Метод кенгуру - новорожденных вместе с опутывающими их проводками и аппаратурой буквально «закрепляют» на груди у матери.
Французский режиссер Мари Манди в своем фильме «Искусственное чрево: бестелесное рождение» изучает достижения ученых в современной медицине, призванные помочь недоношенным детям. Правда, одновременно возникает вопрос: не приведет ли эта технология к выращиванию младенцев отдельно от тела женщины. Мужчины, наконец, уравняются в правах с женщинами, а те потеряют свою биологическую монополию на рождение детей. После создания противозачаточных средств и технологии искусственного оплодотворения не приведет ли разработка искусственной матки к полному контролю над жизнью?
Увы, этот вопрос не всегда тревожит людей, погруженных в науку. Как признается доктор Лиу из США, пытающаяся создать искусственную плаценту, только после явно выраженного недовольства людей она задумалась об этической стороне вопроса. И - отка-залась от дальнейшей работы.
Но многие ученые продолжают свои поиски, правда, признаваясь, что имитировать замысел природы - невероятно сложно. Возможно ли создать искусственную матку - это лишь вопрос времени. Более насущный - нужно ли?Благие намерения
Искусственная матка, безусловно, - благо для недоношенных детей, которых рождается все больше и которых так сложно выхаживать. По словам заведующей акушерским отделением НЦ акушерства, гинекологии и перинатологии им. В. И. Кулакова Натальи КАН, у младенцев, рожденных на 22‑й неделе беременности, летальность доходит до 70%!
Кроме того, новая технология дает возможность стать мамами и бесплодным женщинам, или тем, кто по состоянию здоровья не может выносить своего ребенка.
Но также ясно, что у этой идеи есть и оборотная сторона. Для многих современных женщин материнство не является первоочередной задачей. Они спешат получить образование, сделать карьеру, заработать деньги…
Ребенок в их шкале ценностей занимает место между сменой автомобиля и выплатой кредита. И, когда очередь доходит и до него, часто оказывается, что биологические часы показывают «поздно». Наверное, грустно осознать, что у тебя не будет детей, когда ты наконец имеешь материальные возможности и чувствуешь себя вполне молодой - даже ВОЗ сдвинул крайнюю планку молодости уже до 45 лет!
Впрочем, сегодня, рассказывает старший научный сотрудник Института демографии НИУ ВШЭ Ольга Исупова , материнство фактически можно разложить на части: забор яйцеклетки, ЭКО, суррогатное материнство…
И женщина буквально получает выбор, в каком этапе участвовать, а от какого отказаться. Есть женщины, для кого телесная составляющая беременности, возможность грудного вскармливания очень важны. Но есть и такие, кто хотел бы получить «готового ребенка», минуя процесс беременности. То есть фактически она может оказаться на месте мужчины, который, сидя на переговорах, получает эсэмэску: у тебя родился ребенок. И многие женщины с удовольствием воспользуются такой возможностью, - уверена Ольга Исупова.
Во всем мире растет число бездетных. В России их пока еще 17%, хотя несколько лет назад было вообще только 7%. А в Германии бездетными является уже треть населения. Даже в Китае, как ни парадоксально это звучит, рождаемость падает: сначала это был регулируемый процесс, а теперь люди решили, что чем меньше детей, тем легче жить.Баланс науки и морали
Какие дети родятся у таких матерей, предпочитающих перепоручить процесс вынашивания искусственному органу? Когда-то похожие сомнения были и по поводу «детей из пробирки». Между тем они рождаются, взрослеют, сами становятся родителями. Может, и с искусственным чревом не все так страшно, если будет найден баланс между наукой и моралью?
«Мать и ребенок - две сложные системы, - говорит Наталья Кан . - Это не только обеспечение гормональными, питательными веществами, плод подает матери свои импульсы. Как это можно воссоздать? С другой стороны, у нас сегодня не хватает суррогатных мам для женщин, которые не могут по медицинским причинам выносить своего ребенка…»
«Создание искусственных органов - сегодня активно развивающаяся наука, - считает начальник отделения молекулярной биологии НИЦ Курчатовский институт, член-корреспондент РАМН Сергей Северин . - Создаются кусочки сердечной мышцы, мочевой пузырь, будут выращивать и матку, хотя это очень непросто, поскольку она состоит из неоднородной ткани. Но создать многогранный вариант общения мамы и ребенка - науке это не под силу».
Ягненок в Biobag
Американские ученые разработали устройство для жизнеобеспечения глубоко недоношенных новорожденных, которое воспроизводит условия внутри матки. В эксперименте оно помогло выжить и развиться восьми ягнятам, рожденным в начале второй половины беременности. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Communications .
Достижения современной неонатальной интенсивной терапии позволяют бороться за жизнь детей, родившихся на 22–23 неделе беременности (нормальный срок составляет 39–40 недель). Сложнее всего помогать детям с IV степенью недоношенности (иногда ее называют экстремальной), ее критерии: вынашивание меньше 28 недель, масса меньше 1000 граммов, рост меньше 35 сантиметров. В настоящее время таких детей надолго помешают в инкубатор, где дыхание обеспечивает искусственная вентиляция легких, а питание вводится внутривенно.
При самой современной терапии шансы выжить при рождении на 23-й неделе беременности составляют примерно 15 процентов, на 24-й - 55 процентов, на 25-й - около 80 процентов. Однако у выживших экстремально недоношенных детей значительно повышен риск различных тяжелых проблем со здоровьем, в первую очередь недоразвития бронхов и легких, а также детского церебрального паралича.
В силу этого неоднократно предпринимались попытки разработать «искусственную матку» для донашивания таких детей в более физиологических условиях, не заставляя их неразвитые легкие участвовать в газообмене, однако значимых успехов в этой области до сих пор достигнуто не было. Основными проблемами подобных разработок были: неспособность насосов, перекачивающих кровь через пуповину, поддерживать баланс давления, что повреждало сердце ребенка; использование открытых инкубаторов, что способствовало проникновению инфекций и сепсису, и несовершенство технологий длительного доступа к пуповинным сосудам, приводившее к их спазму.
После длительных экспериментов с различными инкубаторами и типами доступа к кровообращению недоношенных ягнят сотрудники Детской больницы Филадельфийского исследовательского института разработали систему Biobag, лишенную недостатков предыдущих разработок. Она представляет собой герметичную пластиковую емкость, через которую по замкнутому контуру, исключающему инфицирование, циркулирует жидкость, которая по основным характеристикам соответствует естественной амниотической. Емкость расположена на подложке, обеспечивающей постоянную температуру.
Чтобы решить проблему с поддержанием давления, ученые использовали оксигенатор (прибор для насыщения крови кислородом и удаления углекислоты) сверхнизкого сопротивления, который не нуждается в дополнительном насосе, - для циркуляции в нем достаточно работы сердца плода. Для соединения контура оксигенатора с кровеносной системой плода по итогам экспериментов были выбраны двухсантиметровые артериальные и венозный катетеры, которые поставлены в сосуды пуповины на расстоянии от 5 до 10 сантиметров от брюшной стенки. Профилактика сосудистого спазма проводится местным введением папаверина, атравматичной техникой операции и поддержанием физиологичной температуры и насыщения крови кислородом во время постановки катетеров.
Схема устройства; внизу - один и тот же ягненок, помещенный в Biobag после 107 дней вынашивания, через четыре и 28 дней пребывания в нем
Emily A. Partridge et al. / Nature Communications, 2017
С помощью Biobag разработчикам удалось на протяжении четырех недель обеспечивать нормальное развитие овечьих плодов со 105–120 дней вынашивания (это примерно соответствует 22–24 неделе человеческой беременности). К концу пребывания в устройстве ягнята мало отличались по развитию от животных, выношенных в матке до такого же срока. Повреждений мозга и легких - наиболее уязвимых органов недоношенных - у них не наблюдалось.
Для начала клинических испытаний Biobag необходимы дополнительные исследования на животных и модернизация устройства с целью приблизить условия в нем к человеческой матке. По словам руководителя разработки Алана Флейка (Alan Flake), коллектив рассчитывает справиться с этим примерно за три года.
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.
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.
Донорские и искусственные матки, а также стволовые клетки открыли новую эру в репродуктивной медицине
В сентябре впервые в истории медицины родился здоровый ребенок у женщины после пересадки матки. Трансплантацию провела команда врачей из Гетеборгского университета под руководством Матса Бреннстрема. Эксперимент показал, что женщины с донорскими матками вполне способны родить детей. В среднем одна из 4500 девушек рождается без матки, также некоторым приходится удалять этот орган из-за онкологических заболеваний. Раньше их единственным шансом иметь родного ребенка было суррогатное материнство, теперь возможностей стать матерью гораздо больше, и донорские матки — лишь одна из них. Уже существуют искусственные матки, в которых детей можно выращивать вне организма матери, а также другие прогрессивные технологии.
В случае с донорской маткой, трансплантация не обеспечивает связь между полостью матки и фаллопиевыми трубами, поэтому женщина, даже с новой маткой, не может забеременеть естественным путем. Но если яичники функционируют нормально, из них можно взять яйцеклетки. Именно так и сделали специалисты Гетеборгского университета. Медики оплодотворили яйцеклетки при помощи технологии ЭКО и заморозили эмбрионы. Через несколько месяцев после операции их разморозили и трансплантировали в матку пациентки. Таким образом женщина смогла родить собственного биологического ребенка.
Интересно, что хотя донором в этом случае стала 61-летняя женщина, ее матка оказалась полностью функцирующей и жизнеспособной. Матсу Бреннстрему удалось доказать, что матка семидесятилетней женщины будет функционировать так же, как и орган двадцатилетней — решающее значение здесь имеют яйцеклетки. «По сути, матка — это как дом: он может быть новым или старым, но в любом случае, он укроет вас от дождя», — говорит Бреннстрем.
Разумеется, новые операции вызвали волну этических споров. Например, некоторые специалисты Великобритании считают, что риск для доноров слишком велик и подобная процедура угрожает жизни. Сейчас британская благотворительная организация по трансплантации матки начинает кампанию по сбору средств, необходимых, чтобы помочь британским врачам выполнять подобные операции с использованием маток от погибших или умирающих доноров.
Впрочем, зря они стараются, ведь уже существует искусственная матка. В начале года весь мир облетела сенсационная новость — японский профессор Есинори Кувабара создал искусственную матку и сумел вырастить в ней козленка, причем вне живого материнского организма. Таким образом, он открыл революционно-новый горизонт в репродуктивной медицине, наглядно продемонстрировал, что мир стремительно приближается к рубежу, за которым само воспроизводство человека в искусственных условиях станет просто технологией и бизнесом. Еще 30 лет назад, когда ученые изобрели процедуру экстракорпорального оплодотворения (ЭКО) и провели первые опыты по зачатию «детей из пробирки», мир вдруг с ужасом осознал, что мужчины больше не нужны для продолжения рода. А после экспериментов Есинори Кувабары выяснилось, что грядет время, в котором для продолжения человеческого рода не нужны будут и женщины.
Японский профессор извлекал матки у коз и помещал их в стерильные пластиковые емкости, заполненные искусственной амниотической жидкостью (околоплодными водами), в которых постоянно поддерживалась температура тела. В эти матки он помещал зародыши животных, подавая в емкости питательный раствор. «Мы обеспечиваем зародышам комфортные условия, имитируя естественную среду, в которой они существуют в организме животного, — говорит Есинори Кувабара, описывая свой эксперимент в статье для авторитетного журнала New Scientist. — Все эксперименты с искусственной маткой, проведенные на козах, показали, что аппарат работает более эффективно, чем обычное искусственное оплодотворение ЭКО, и больше половины эмбрионов в нем вырастают здоровыми». За годы бесчисленных экспериментов Кувабаре и его коллегам удалось до совершенства отточить приемы поддержания жизни в искусственных матках. Параллельно были изобретены полимеры, способные заменить натуральные ткани.Действительно, сегодня в мире среди биотехнологических лабораторий развернулась настоящая гонка за право создания действующей технологии искусственного выращивания людей. Свои проекты искусственной матки есть у американских, корейских и европейских ученых. Ученым из Центра репродуктивной медицины и искусственного осеменения Корнельского университета удалось создать прототип женского лона, полученный из клеток, взятых из организма женщин. Эмбрионы успешно приживались, прикрепляясь к стенкам лабораторных маток и начинали активно развиваться. Однако эксперименты пока прекратили на стадии нескольких дней роста эмбриона, поскольку эти опыты находятся противоречии с законом об искусственном оплодотворении. «Мы надеемся завершить процесс создания искусственных маток с использованием открытой нами методики уже через несколько лет», — заявила доктор Хан Чин Лиу из Центра репродуктивной медицины и искусственного осеменения Корнельского университета.
Новые технологии позволят иметь собственных детей всем женщинам, страдающим дефектом матки или ее недоразвитием. Кроме того, искусственные матки позволят бороться с врожденными наследственными патологиями — плод вне тела матери можно будет генетически усовершенствовать. Еще одна область применения новых биотехнологий — фетальная хирургия. Это операции на зародышах человека, которые проводятся прямо в материнской утробе. Они очень опасны для жизни — как матери, так и ребенка, и риск можно значительно снизить, поместив малыша в искусственную утробу.
Очевидный прогресс в области репродуктивной медицины ставит ученых в непростое положение. С одной стороны, искусственные матки, наконец, положат конец различным проблемам, связанным с деторождением, но, в другой — они же создадут множество проблем этического и юридического характера.
А если говорить о глобальных переменах, то эксперты в области искусственного оплодотворения рисуют самые фантастические картины будущего. По мнению ученых, уже через 20-30 лет люди смогут иметь детей, не занимаясь сексом. Этого можно достигнуть, извлекая сперматозоиды и яйцеклетки из стволовых клеток кожи. В частности, Девор Соултер, биолог Института медицинской биологии Сингапура, говорит, что стволовые клетки, взятые их кожи, можно будет путем перепрограммирования трансформировать в половые клетки, а затем комбинировать их и получать человеческий эмбрион.
