Ученые создали искусственную матку и успешно протестировали ее. Искусственная матка

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».

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.

Оригинал взят у irena_mishina в Искуственная матка.

Пока мы тут сидели и обсуждали, за сколько на Майдане стоят люди, в мировой науке произошла настоящая революция. Японский профессор Есинори Кувабара создал искусственную матку и сумел вырастить в ней козленка. Теперь дело за гомункулом, которым ученые бредили с XIII века. Мир неумолимо приближается к тому, что воспроизводство человека в искусственных условиях станет просто технологией. Или бизнесом. Эта коза безымянная уже стала самой настоящей научной сенсацией, а ее фотографии обошли весь мир. Это первая в мире искусственная матка, в которой, как утверждают японцы, была выращена первая в мире искусственная коза, которая должна вот-вот родиться на свет.

Известие вызвало настоящую бурю в научном мире. Еще бы! 30 лет назад, когда ученые изобрели процедуру экстракорпорального оплодотворения (ЭКО) и провели первые опыты по зачатию "детей из пробирки", мир вдруг с ужасом узнал, что мужчины больше не нужны для продолжения рода. Именно тогда появились фантастические фильмы в стиле "Новых амазонок". Помните?

Профессор Есинори Кувабара, заведующий кафедрой акушерства и гинекологии университета Juntendo, занялся проблемой создания искусственной матки еще в 1995 году. Тогда он изобрел "мультиматку" — крохотное устройство, всего 2 мм в диаметре, в которое могут поместиться до 20 яйцеклеток подопытных мышей. Все их можно одновременно оплодотворить, и они будут развиваться до того момента, пока не придет черед провести имплантацию зародыша в матку суррогатной матери. Правда, в те годы эмбрионы часто гибли, и тогда профессор Кувабара задумался, что неиспользованные яйцеклетки можно не замораживать, а дать возможность им развиваться. Вскоре он разработал новую технологию поддержания жизни зародышей. Профессор Кувабара извлекал матки у коз и помещал их в стерильные пластиковые емкости, заполненные околоплодными водами.

Сегодня в мире среди биотехнологических лабораторий развернулась настоящая гонка за право создания действующей технологии искусственного выращивания людей. Свои проекты искусственной матки есть и у американцев, и у корейцев, и у европейцев. Самый интересный проект разработали ученые из Центра репродуктивной медицины и искусственного осеменения Корнельского университета, которым удалось вырастить из стволовых клеток, взятых у женщин, некое подобие женского лона. Эмбрионы успешно прижились к стенкам лабораторных маток. Но вскоре эксперименты были прекращены — по ряду морально-этических соображений.

Обидно, правда, что России даже и близко нет в списках участников этой новой биотехнологической революции. Сегодняшняя российская наука низведена до того состояния, что мы можем только осваивать чужие разработки, да и то не самые передовые. Тем не менее новая биотехнологическая революция неизбежно затронет и Россию, как бы ни хотелось обратного всем поклонникам патриархального уклада, традиционных консервативных "ценностей" и духовных "скреп", которые шельмуют даже идею о возможности суррогатного материнства. Раздаются даже призывы отказывать суррогатным детям в возможности посещать христианские храмы. Но что будет с нашими консерваторами, когда в мире появятся настоящие репликанты — люди, вообще не имеющие биологических матерей?

Готова ли Россия к таким переменам? ...А уж как изменится сексуальная жизнь человека, трудно себе даже вообразить. Неслучайно первыми тревогу забили феминистки. Стоило профессору Кувабаре опубликовать первые снимки с нерожденной козой в синтетической матке, как его страничка в интернете была атакована возмущенными японскими девушками, опасавшимися, что из-за этого изобретения мужчины в скором времени смогут отказаться от общения с нормальными женщинами.

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?

Содержимое

Существует множество проблем процессов вынашивания и родов. Современные технологии позволили многого добиться. Появилась возможность забеременеть бездетным парам с помощью ЭКО, успешно лечить монохориальные монозиготные двойни с синдромом фетофетальной трансфузии, оказывать хирургическую помощь новорожденным с транспозицией магистральных сосудов и многое другое.

Последние два десятилетия в мире наблюдается тенденция рождения недоношенных детей. Всем известен факт, что можно спасти 22 недельного малыша. В действительности выживаемость детей, рожденных до 28 недели гестации, составляет 10%. Показатель остается неизменным для лучших мировых клиник. Недоношенных детей после рождения помещают в кувезы – своего рода инкубатор. Специально настроенная аппаратура контролирует подачу кислорода, температуру, совершает дыхательные движения. Малютки остаются совершенно не подготовленными к окружающему миру.

По данным ВОЗ, раньше срока рождается 15 миллионов малюток. Миллион из них погибает.

Передовые умы ломали голову, пытаясь изменить подход к проблеме. Филадельфийские ученые совершили революционный прорыв. Создали систему Biobag или искусственная матка.

Понятие искусственного органа

На вид – обычный пластиковый пакет, от которого возможно в будущем будут зависеть сотни маленьких жизней.

Искусственная матка представляет собой резервуар , имитирующий женский детородный орган, и призван обеспечивать кровоток, дыхание и пищеварение недоношенному плоду вне женского организма.

Исследователи пытались воссоздать естественные условия вынашивания.

• Реализовали поступление питательных и утилизацию вредных веществ, схоже с пуповиной матки. В инкубаторах новорожденные получали питание через трубку, а выведение происходило через кишечник, несмотря на несостоятельность системы пищеварения.
• Использовали искусственное легкое, обеспечивающее газообмен. До этого открытия вопросом выживаемости было решение проблемы отсутствия помощи при расстройствах дыхания. Недоношенным не хватает специального вещества – сурфактанта, препятствующего слипанию альвеол. Находясь в матке, плод не дышит самостоятельно. Использование аппарата искусственной вентиляции легких было почти недостижимым. В структуре ИВЛ присутствуют грубые насосы, неблагоприятно влияющие на не сформировавшуюся кровеносную систему. Ученые создали модель, не требующую мощного насоса – сердце младенца способно справиться с работой.
• Окружили плод аналогом околоплодных вод. В отличие от открытого инкубатора защищает от болезнетворных инфекций. Поддерживает оптимальную температуру и постоянную окружающую среду, как матка.
• Усовершенствовали подход к основным сосудам пуповины. Устранили спазм путем введения папаверина.

Результаты эксперимента

Специалисты из Филадельфии успешно завершили первый этап эксперимента – искусственная матка. Путем операции кесарева сечения извлечены восемь ягнят 17 недель, по своему развитию соответствующие 22 недельному плоду. Их поместили в модель искусственной матки на 28 дней. Результаты превзошли ожидания: ягнята развивались нормально, головной мозг, система дыхания и кровообращения не страдали. В завершение исследования младенцы полностью соответствовали своим «сверстникам», развивающимся в матке овцы всю беременность. Опыты продлятся еще 3-4 года, многое нужно узнать, максимально адаптировать полученный аппарат. При условии успешного завершения следующего этапа испытания – исследователи опробуют искусственную матку на глубоко недоношенном человеческом младенце.

В ходе исследования ягнята активно двигались, обрастали шерстью, моргали и глотали.

Перспективы

Перспективы подобного научного открытия совершенно различные. Ученые предполагают следующие сценарии развития:

1. Повысится уровень выживаемости младенцев с крайней степенью недоношенности.
2. Снизится процент патологий. Особенно это применимо к детскому церебральному параличу, тяжелым нарушениям сердечно-сосудистой и дыхательной систем. Важность проблемы диктует особенно высокая заболеваемость у выживших недоношенных малышей.
3. В будущем поможет женщинам, которые по различным причинам не могут самостоятельно выносить ребенка.

Наука шагает далеко вперед. То, что еще вчера казалось недостижимым – сегодня вполне обычное дело. Проект искусственной матки может стать нормой через пару десятков лет, а может, в связи с целым рядом этических вопросов, погрязнет в небытии.