"Дети из инкубатора". Ждать ли нам появления искусственной матки?

В декабре 2022 года видеорежиссер и биотехнолог Хашем Аль-Гайли представил футуристический концепт "фабрики детей" — Ectolife. По его задумке, человеческий инкубатор мог бы работать на возобновляемых источниках энергии и включать до 400 капсул, имитирующих среду внутри материнской утробы. Данные о состоянии ребенка в капсуле, согласно идее Аль-Гайли, должны быть доступны родителям прямо на смартфонах.

Хотя работа Аль-Гайли была скорее фантазией на тему, она привлекла внимание специалистов по репродуктивным технологиям. Например, Джойс Харпер — глава лаборатории репродуктивной науки в Институте женского здоровья UCL, считает, что будущее деторождения (по крайней мере ассистированного) вполне может выглядеть так. С ней соглашается Эндрю Шеннан, профессор акушерства в Королевском колледже Лондона: "Вопрос в том, чтобы обеспечить правильную среду для ребенка с питанием и кислородом, и я действительно думаю, что технологии для этого существуют".

Опыты по созданию искусственной матки ведутся уже более полувека, но стала ли близка реализация этой задумки? И почему исследования в этой области важны?

Критический порог

В 2020 году — в разгар пандемии COVID-19 — в США родился ребенок на сроке беременности в 21 неделю и 2 дня. Мальчика признали самым недоношенным ребенком в мире, который смог выжить. При рождении он весил всего 340 г. Врачи отводили ему нулевые шансы на выживаемость. Однако мальчик выжил и, проведя в больнице пять месяцев, был выписан к родителям. Ранее рекорд принадлежал Лайле Стенсруд, родившейся на сроке в 21 неделю и 4 дня. Несмотря на небольшую задержку речи, она в целом растет здоровой.

Но такие случаи скорее исключение. У детей, рожденных до 24-й недели, прогноз выживаемости составляет около 50%. Но даже при хорошем раскладе ребенка почти гарантированно будут преследовать болезни. Почти у половины младенцев, рожденных между 22-й и 24-й неделей беременности, развиваются пороки сердца, церебральный паралич и другие серьезные неврологические расстройства. У 40% нарушены зрение (вплоть до слепоты), слух, интеллект.

Именно с будущим качеством жизни ребенка чаще всего связаны дебаты по поводу возраста выхаживания. В России, к примеру, реанимация может проводиться и на 22-й неделе. Главное, чтобы ребенок подавал признаки жизни и весил не менее 500 г. Впрочем, даже с худшими показателями, если ребенок проживет не менее недели, его могут продолжать реанимировать. С другой стороны, в США и Великобритании клинические рекомендации исходят из прогноза. Если он неблагоприятный — реанимацию советуют не проводить.

Для поддержания жизни ребенка сейчас используют кювезы — приспособления, которые предохраняют ребенка от жесткого воздействия среды. Хотя органы в период 24 недель обычно сформированы, они плохо выполняют свои функции. Легкие и сердце не могут поддерживать ровное дыхание, кожа плохо регулирует температуру, легко травмируется и не выполняет барьерных функций. Иммунитет не сформирован, а биоритмы тела еще не готовы к смене дня и ночи.

Самые современные системы могут круглосуточно отслеживать даже незначительные изменения в состоянии ребенка. Но полностью воссоздать условия жизни в матке с помощью таких устройств не получается. Дело и в уникальном составе околоплодной жидкости и сложной работе плаценты. А контакт с внешней средой даже в кювезе неизбежен. Малышу часто требуются лекарства, которые напрямую воздействуют на мозг.

От СССР до Израиля

У технологии кювеза есть ограничение: он приспособлен только к нуждам детей, которые могут держаться самостоятельно. Разработчики искусственных маток рассматривают ребенка как плод. Соответственно, они стараются воссоздать те же условия, которые есть у настоящего плода в настоящей матке. 

В СССР еще в конце 60-х годов прошлого века Олег Белокуров изобрел, разработал и протестировал такой аппарат на базе Ленинградского института акушерства и гинекологии имени Отта. Он доказал, что воссоздать обмен веществ между матерью и зародышем принципиально возможно. Но для этого нужно имитировать не только саму матку, но и другие органы.

Машину Белокурова оснастили механическим сердцем, "почками" и другими органами. Сперва в "матку" со специальным раствором помещали плаценту родившей женщины и изучали, какие гормоны выделяются в процессе создания человека. Затем в искусственную утробу стали "закладывать" эмбрионы — их брали у женщин, пришедших на аборт. Ни одному новорожденному из машины так и не суждено было появиться на свет. Установка занимала целую лабораторию и была свернута из-за отсутствия результатов и дороговизны.

В 1996 году такую попытку предприняли японцы. Профессор Кувабара извлекал матки у коз и помещал их в стерильные пластиковые емкости, заполненные искусственной амниотической жидкостью (околоплодными водами), в которых постоянно поддерживалась температура тела. В емкости подавался питательный "бульон". Правда, плоды умирали от заражения, сбоев системы и множества других факторов. Зато в процессе ученым удалось изобрести материалы, которые по своим свойствам (теплопроводности, эластичности) были похожи на натуральные ткани тела.

Сейчас ближе всего к созданию "искусственной матки" подошли исследователи из Детской больницы Филадельфии. Инкубатор, который они представили в середине 2010-х годов, — это пластиковый мешок, заполненный жидкостью, по своему составу близкой к околоплодным водам. К устройству подключены трубки, доставляющие вещества и позволяющие крови циркулировать, и пропускающий кислород контур. В инкубаторе недоношенный ягненок рос и нормально развивался. Сейчас опыты продолжаются.

' Воссоздание матки

Стоит отметить, что в 2021 году ученым из Израиля удалось вырастить зародышей мышей — с работающими сердцем и мозгом — из пятидневных эмбрионов, состоящих всего из 250 клеток. Правда, мышиный организм поддерживать проще, а на его внутриутробное развитие нужно меньше времени. Сейчас на очереди опыты с более крупными животными. Переход к клиническим испытаниям (то есть на людях), по словам авторов, состоится не раньше 2030 года.

В перспективе решить проблемы мониторинга плода мог бы искусственный интеллект. В начале 2022 года исследователи из города Сучжоу представили систему, которая — по их утверждениям — воспроизводит все процессы, связанные с вынашиванием ребенка. Авторы даже уверяют, что созданная ими система безопаснее, чем обычное деторождение. Аппарат может следить за эмбрионами, обнаруживать проблемы в развитии и регулировать подачу кислорода и питательных веществ с помощью нейросети. Пока технология опробована на мышах, а для клинических испытаний нужны специальные разрешения. Китайские законы разрешают эксперименты на человеческих эмбрионах — но в возрасте не старше двух недель.

До реализации пока далеко

Задача по созданию искусственной матки сводится не только к нужному составу жидкости или работе приборов, но и программе. Кислород, питательные вещества и коктейль гормонов переходят от матери к ребенку через плаценту, стимулируя и поддерживая беременность по мере развития ребенка. Между тем ребенок передает углекислый газ и другие продукты жизнедеятельности обратно в кровоток матери. Тепло тела матери также важно для развития ребенка. Искусственная матка должна воспроизвести мельчайшие процессы.

Сегодня многие ученые видят решение не в имитации плаценты, а в создании гибридного биоинженерного органа. Например, в 2018 году австрийским специалистам из Венского технологического университета удалось создать модель плаценты с использованием настоящих клеток. С помощью 3D-печати из гидрогеля напечатали мембраны, в которых выращивали клетки органа. При этом целью было не создать реальный прототип, а только протестировать технологию введения питательных веществ с помощью микрочипов.

Авторы подчеркивают, что до создания рабочей модели еще очень далеко. Пройдет много времени, прежде чем удастся изучить все процессы и отработать способ их доставки. Например, недостаток желчных кислот из-за повреждения плаценты может приводить к заболеваниям системы крови. При этом через плаценту проходят только некоторые из желчных кислот, так как в большинстве своем эти соединения токсичны для плода.

"Использование чипов позволяет отслеживать биологические параметры, такие как давление, температура и снабжение питательными веществами мини-органов, контролировать прогресс заболеваний и скорость их регресса, — объясняет руководитель лаборатории Петер Эртль. — Наши исследования показали, что активность искусственной плаценты на чипе схожа с поведением естественной плаценты: небольшие молекулы могут проникать сквозь плаценту, в то время как большие молекулы остаются снаружи".

Сейчас исследователи экспериментируют с сохранением клеток матки вне тела, которые в будущем могли бы обеспечить ткань собственным кровоснабжением, чего еще не удалось добиться. Ученые считают, что решение этой проблемы станет важным шагом на пути к искусственной матке.

Не только "человеческий инкубатор"

Многие смотрят на идею искусственной матки через футуристические очки — как на технологию, которая придет на смену обычному деторождению. Но у нее есть и другие возможные применения.

Например, с помощью такого устройства можно моделировать течение заболеваний. Многие болезни матери, например диабет и гипертония, влияют на плод и доставку питательных веществ к нему. Модель плаценты позволит прояснить, как протекают эти процессы, исследовать сбои и постараться их предотвратить. Кроме того, на модели можно изучить, как плод реагирует на воздействие никотина и других веществ на разных стадиях.

Искусственная утроба хороша также тем, что ее можно видоизменять под разные параметры. Например, тестировать гипотезы о том, как появляются пороки развития (скажем, гипоксия плода, эффекты травм, воздействия различных веществ, спортивных тренировок). Тогда мы получили бы возможность предотвращать появление сиамских близнецов и улучшать прогнозы для детей, родившихся в результате ЭКО.

Еще одна перспективная область — фетальная хирургия. Некоторые младенцы нуждаются в операциях, которые можно провести только в утробе. Зачастую эти операции очень опасны для жизни не только младенца, но и матери. Этот риск можно значительно снизить, поместив ребенка на время в искусственную утробу. Эта задача проще — ведь нужно только оборудовать камеру для временной передержки.

В любом случае "фабрики детей" в стиле киберпанка нам не грозят еще десятки лет. А более комфортное протекание естественной беременности она сможет обеспечить уже в ближайшие годы.