06.05.2023
Инженерные компании пытаются разработать настольную машину для оплодотворения.
Прошлой весной инженеры из Барселоны упаковали разработанного ими робота для инъекции спермы и отправили его через службу доставки DHL в Нью-Йорк. Они последовали за ним в клинику под названием New Hope Fertility Center, где собрали инструмент из микроскопа, механической иглы, крошечной чашки Петри и ноутбука.
Затем один из инженеров, не имевший реального опыта в области медицины бесплодия, использовал контроллер SonyPlayStation 5 для позиционирования роботизированной иглы. Наблюдая за яйцеклеткой человека через камеру, он затем двигался вперед самостоятельно, проникая в яйцеклетку и выбрасывая один сперматозоид. Всего с помощью робота было оплодотворено более дюжины яйцеклеток.
Результатом процедур, по словам исследователей, стали здоровые эмбрионы, а теперь и две девочки, которые, как они утверждают, являются первыми людьми, родившимися после оплодотворения «роботом».
«Я был спокоен. В тот самый момент я подумал: «Это просто еще один эксперимент», — говорит Эдуард Альба, студент-инженер-механик, управлявший устройством для инъекции спермы в яйцеклетку.
Инновационная компания, разработавшая робота, Overture Life, уверяет, что их устройство является первым шагом на пути к автоматизации экстракорпорального оплодотворения, или ЭКО, и потенциально делает эту процедуру менее дорогой и намного более распространенной, чем сегодня.
В настоящее время в лабораториях ЭКО работают обученные эмбриологи, которые зарабатывают более 125 000 долларов в год за деликатную обработку спермы и яйцеклеток с помощью ультратонких полых игл под микроскопом.
Но некоторые изобретения доказывают, что весь процесс может выполняться автоматически или почти автоматически. Например, компания Overture подала патентную заявку, описывающую «биочип» для миниатюрной лаборатории ЭКО в комплекте со скрытыми резервуарами, содержащими жидкости, способствующие росту, и крошечными каналами, через которые могут проходить сперматозоиды.
«Представьте себе коробку, в которую помещают сперму и яйцеклетку, а через пять дней выходит эмбрион», — говорит Сантьяго Мунне, лауреат премии в области генетики и главный директор по инновациям в испанской компании. Он считает, что если бы ЭКО можно было проводить внутри настольного прибора, пациенткам, возможно, никогда не пришлось бы посещать специализированную клинику, где одна попытка забеременеть может стоить в США 20 000 долларов. Вместо этого, по его словам, яйцеклетки пациента могут быть введены непосредственно в автоматизированную систему оплодотворения в кабинете гинеколога. «Это должно стоить дешевле. И если бы эту процедуру мог сделать любой врач, то она была бы доступнее», — говорит Мунне.
MIT TechnologyReview выявил полдюжины инновационных компаний с похожими целями, с такими названиями, как AutoIVF, IVF 2.0, Conceivable Life Sciences и Fertilis. Некоторые из них уходят корнями в университетские лаборатории, специализирующиеся на миниатюрных технологиях «лаборатория на кристалле».
На данный момент компания Overture привлекла больше всего денег: около 37 миллионов долларов от инвесторов, в число которых вошли Khosla Ventures и Сьюзен Войжитски, бывший генеральный директор YouTube.
Больше детей
Основная цель автоматизации ЭКО, по словам предпринимателей, проста: родить намного больше детей. Около 500 000 детей рождаются с помощью ЭКО каждый год во всем мире, но большинство людей, которым нужна помощь в рождении детей, не имеют доступа к лекарствам от бесплодия или не могут заплатить за них.
«Как нам перейти от полумиллиона младенцев в год к 30 миллионам?» — задается вопросом Дэвид Сейбл, бывший врач-репродуктолог, ныне управляющий инвестиционным фондом. «Вы не сможете этого достигнуть, если вы управляете каждой лабораторией в ручном режиме и это проблема, стоящая перед ЭКО. Это были 40 лет выдающейся науки и действительно посредственной системной инженерии».
Хотя универсальной машины для оплодотворения еще не существует, даже автоматизация некоторых частей процесса, таких как инъекция спермы, замораживание яйцеклеток или выращивание эмбрионов, может сделать ЭКО менее дорогим и в конечном итоге поддержать более радикальные инновации, такие как редактирование генов или даже искусственные матки.
Но полностью автоматизировать ЭКО будет непросто. Только представьте, что вы пытаетесь сделать робота-дантиста. Концепция пробирки включает в себя дюжину процедур, и робот Overture пока выполняет только одну из них, и то лишь частично.
«Концепция экстраординарна, но это всего лишь первый шаг», — говорит Джанпьеро Палермо, врач-репродуктолог из Медицинского центра Вейла Корнелла, которому приписывают разработку в 1990-х годах процедуры оплодотворения, известной как интрацитоплазматическая инъекция спермы или ИКСИ. Палермо отмечает, что исследователи Overture по-прежнему полагались на ручное решение таких задач, как загрузка сперматозоида в иглу инжектора. «На мой взгляд, это еще не роботизированное ИКСИ, — говорит он.
Другие врачи скептически относятся к тому, что роботыв ближайшее время могут или должны заменить эмбриологов. «Вы берете сперму, помещаете ее в яйцеклетку с минимальной травмой и максимально деликатно», — говорит Зев Уильямс, директор клиники по лечению бесплодия при Колумбийском университете. На данный момент «люди намного лучше, чем машины», — говорит он.
Его центр действительно разработал робота, но у него более ограниченная цель: дозирование крошечных капелек питательной среды для роста эмбрионов. «Для эмбрионов плохо, если размер капель отличается», — говорит Уильямс. «Создание одних и тех же капель снова и снова — вот где робот может проявить себя». Он называет это способом внедрения автоматизации в лабораторию с «низким риском».
Микро-колыбели
Одним из препятствий на пути автоматизации концепции является то, что так называемая микрофлюидика — другое название технологии «лаборатория на чипе» — не оправдала того ажиотажа, который был вокруг нее.
Джереми Томпсон, эмбриолог из Аделаиды, Австралия, говорит, что посвятил свою карьеру выяснению того, «как сделать жизнь эмбрионов лучше», когда они растут в лабораториях. Но до недавнего времени, по его словам, его старания с микрофлюидными системами давали однозначный результат: «Чушь. Это не сработало». Томпсон говорит, что ЭКО остается ручным процессом отчасти потому, что никто не хочет доверять эмбрион — потенциального человека — микроустройству, где он может быть захвачен или поврежден чем-то таким крошечным, как воздушный пузырь.
Однако несколько лет назад Томпсон увидел изображения крохотной Эйфелевой башни высотой всего один миллиметр. Он был изготовлен с использованием нового типа аддитивной 3D-печати, в которой лучи света направляются на отверждение жидких полимеров. Он решил, что это необходимый прорыв, потому что это позволит ему построить «коробку или клетку вокруг эмбриона».
С тех пор основанный им стартап Fertilis собрал пару миллионов долларов на печать так называемых прозрачных «стручков» или «микроколыбелей». Идея состоит в том, что как только яйцеклетка помещается в него, с ней легче обращаться и подключать к другим устройствам, таким как насосы, для добавления растворов в незначительных количествах.
Внутри одного из стручков Fertilis находится яйцеклетка в камере размером не больше капельки тумана, но сам контейнер достаточно велик, чтобы его можно было подобрать маленькими щипцами. Компания Fertilis опубликовала документы, показывающие, что она может мгновенно замораживать яйцеклетки внутри люльки и оплодотворять их там же, вводя сперму иглой.
Человеческая яйцеклетка имеет диаметр около 0,1 миллиметра, что является пределом того, что может видеть невооруженный человеческий глаз. Прямо сейчас, чтобы переместить одну яйцеклетку, эмбриолог использует полую иглу. Но Томпсон говорит, что, попав в колыбель, яйцеклетки могут оплодотворяться и превращаться в эмбрионы, перемещаясь по станциям роботизированной лаборатории, словно по конвейерной ленте. «Вся наша задача — свести к минимуму стресс для эмбрионов и яйцеклеток», — говорит он.
Томпсон надеется, что однажды, когда врачи соберут яйцеклетки из яичников женщины, они будут помещены прямо в микроколыбель, а оттуда роботы будут нянчить их, пока они не станут здоровыми эмбрионами. «Это мое видение», — говорит он.
MIT TechnologyReview обнаружил одну компанию, AutoIVF, дочернюю компанию Массачусетской больницы общего профиля и лаборатории микрофлюидики Гарвардского университета, которая выиграла более 4 миллионов долларов в виде федеральных грантов на разработку такой системы сбора яйцеклеток. Технология называется «OvaReady».
Сбор яйцеклеток происходит после лечения пациента гормонами фертильности. Затем врач с помощью вакуумного зонда собирает созревшие в яичниках яйцеклетки. Поскольку они плавают в жидких остатках и заключены в защитную ткань, эмбриологу необходимо вручную найти каждую из них и «обнажить» ее, аккуратно очистив стеклянной соломинкой.
Руководитель AutoIVF Эмре Озкумур отказался обсуждать этот проект — компания хочет «остаться незамеченной еще немного», — говорит он, — но ее грант и патентные документы предполагают, что она тестирует устройство, которое может обнаруживать и изолировать яйца и затем автоматически очищают их от окружающей ткани, возможно, протирая чем-то, напоминающим микроскопическую терку для сыра.
Трекер сперматозоидов
Когда яйцеклетка оказывается у них в руках, врачам необходимо сопоставить ее со сперматозоидом. Чтобы помочь им выбрать правильный, Алехандро Чавес-Бадиола, врач-репродуктолог из Мексики, основал компанию IVF 2.0, которая разработала программное обеспечение для ранжирования и анализа спермы, плавающей в чашке. Это похоже на программы компьютерного зрения, которые отслеживают спортивных игроков, когда они бегут, сталкиваются и меняют направление на поле.
Задача состоит в том, чтобы идентифицировать здоровые сперматозоиды, оценивая их форму и наблюдая, насколько хорошо они плавают. «Подвижность, — говорит Чавес-Бадиола, — является высшим выражением здоровья и нормальности сперматозоидов». В то время как человек может следить только за несколькими сперматозоидами одновременно, компьютер не сталкивается с этим ограничением. «Мы, люди, умеем направлять свое внимание в одну точку. Мы можем оценить пять или десять сперматозоидов, но вы не можете сделать это с пятьюдесятью», — говорит Чавес-Бадиола.
Его клиника ЭКО проводит прямое исследование сперматозоидов, отобранных человеком и компьютером, чтобы увидеть, какие из них приводят к большему количеству зачатых детей. Пока что компьютер сохраняет небольшое преимущество.
«Мы не утверждаем, что это лучше, чем человек, но мы утверждаем, что это так же хорошо. И машина никогда не устает. А человек должен быть внимателен и собран и в 8 утра, и после кофе, и после телефонного спора», — говорит он.
Чавес-Бадиола говорит, что такое программное обеспечение станет «мозгом для управления будущими автоматизированными лабораториями». В этом году он продал права на использование своей программы отслеживания сперматозоидов компании Conceivable Life Sciences, еще одному стартапу по автоматизации ЭКО, создаваемому в Нью-Йорке, где Чавес-Бадиола станет директором по продукту. Также к компании присоединился Жак Коэн, знаменитый эмбриолог, который когда-то работал в британской клинике, где в 1978 году родился первый ребенок, зачатый по протоколу ЭКО.
Компания Conceivable
Компания Conceivable планирует создание «автономной» роботизированной рабочей станции, способной оплодотворять яйцеклетки и выращивать эмбрионы, и она надеется продемонстрировать все ключевые этапы в этом году. Но Коэн допускает, что для того, чтобы автоматизация стала реальностью, может потребоваться некоторое время. «Это будет происходить шаг за шагом», — говорит он. «Даже то, что кажется очевидным, требует 10 лет, чтобы прижиться, и 20 лет, чтобы стать рутиной».
Инвесторы, стоящие за Conceivable, думают, что они могут заработать, расширив использование ЭКО. Почти наверняка индустрия ЭКО может вырасти в пять или десять раз по сравнению с нынешним размером. В США менее 2% детей рождаются таким образом, но в Дании, где эта процедура бесплатна и поощряется, этот показатель приближается к 10%.
«Это настоящий спрос», — говорит Алан Мюррей, предприниматель с опытом работы в области программного обеспечения и коворкингов, который вместе со своим деловым партнером Джошуа Абрамом основал Conceivable. «Проблема в том, что эти замечательные богатые и эксцентричные страны могут это сделать, а остальной мир не может. Но они продемонстрировали соответствующую потребность», — говорит он. «То, что они сделали с помощью денег, мы должны сделать с помощью технологий».
По оценкам Мюррея, средний ребенок ЭКО в США стоит 83 000 долларов, если учесть неудачные попытки, которые встречаются часто. Он говорит, что цель его компании — снизить стоимость на 70%, что, по его словам, может произойти, если показатели успеха увеличатся.
Но не факт, что роботы снизят стоимость ЭКО или что любые сбережения перейдут на пациентов. Рита Вассена, советник Conceivable и генеральный директор Fecundis, компании, занимающейся исследованиями в области фертильности, говорит, что в этой области есть история внедрения инноваций без заметного увеличения числа беременностей. «Тенденция заключается в накоплении тестов и технологий… вместо реальных усилий по снижению барьеров доступа», — говорит она.
Будущие миры
Прошлой осенью исследователи из Overture и врачи из New Hope опубликовали описание своей работы с роботом, утверждая, что две пациентки забеременели. Это было сделано после получения этического одобрения исследования, говорит Джон Чжан, основатель New Hope и старший автор отчета.
Оба эти ребенка уже родились, говорит Дженни Лу, координатор донорства яйцеклеток в New Hope. MIT TechnologyReview удалось поговорить с отцом одного из детей.
«Это невероятно, не так ли», — сказал отец, пожелавший остаться неизвестным. «Они сказали, что до сих пор это всегда делалось вручную». Он сказал, что он и его партнерша уже несколько раз пытались сделать ЭКО, но безуспешно. В обоих случаях роботизированная инъекция включала донорские яйцеклетки, которые были предоставлены пациентам бесплатно (в противном случае они могут стоить 15 000 долларов). В каждом случае после оплодотворения и превращения в эмбрионы их имплантировали в матку пациентки.
Донорские яйцеклетки чаще всего используются, когда пациентка старше 40 лет и не может забеременеть. Поскольку автоматизация не решит напрямую проблему старения яйцеклеток, лаборатория ЭКО в коробке не устранит эту неразрешимую причину неудачи лечения бесплодия. Однако автоматизация может позволить врачам начать точно измерять то, что они делают, что позволит им точно настроить свои процедуры. Даже небольшое увеличение показателей успеха может означать появление десятков тысяч дополнительных детей каждый год.
Кэтлин Миллер, главный научный сотрудник Innovation Fertility, сети клиник на юге США, говорит, что ее центры теперь используют системы компьютерного зрения для изучения покадровых видеороликов о растущих эмбрионах и пытаются выяснить, объясняют ли какие-либо данные, почему некоторые из них становятся младенцами, а другие нет. «Мы вкладываем это в модели и пытаемся выяснить то, чего мы пока не знаем», — говорит она.
«Мы увидим эволюцию того, кем является эмбриолог», — предсказывает Миллер. «Сейчас они технические специалисты, но они станут учеными, работающими с данными».Некоторых сторонников автоматизации ЭКО ждет еще более невероятное будущее. Отдав зачатие машинам, автоматизация может ускорить внедрение все еще спорных методов, таких как редактирование генома или передовые методы создания яйцеклеток из стволовых клеток.
Хотя Мунне говорит, что Overture Life не планирует изменять генетический код детей, он допускает, что было бы просто использовать для этой цели робота для инъекции спермы, поскольку он может вводить точное количество химикатов для редактирования генов в яйцеклетку. «Очень легко будет добавить это к функционалу машины», — говорит он.
На горизонте появляется еще больше технологий. Машины для оплодотворения могут постепенно превратиться в искусственные матки, а дети будут вынашиваться в научных центрах до рождения. «Я верю, что мы добьемся этого», — говорит Томпсон. «Есть достоверные доказательства того, что то, что мы считали невозможным, на самом деле не так уж невозможно».
Другие полагают, что роботы могут быть запущены в открытый космос, наполненные яйцеклетками и спермой, которые будут находиться в стеклянном состоянии стазиса. После тысячелетнего путешествия на далекую планету такие машины могут запуститься и создать новое общество людей.
Все это часть цели создания большего количества людей, и не только здесь, на Земле. «Есть люди, считающие, что человечество должно быть межпланетным видом, и человеческой жизни будет недостаточно, чтобы добраться до этих миров», — говорит Чавес-Бадиола. «Часть работы ученого — продолжать мечтать».
Источник материала: https://www.technologyreview.com/2023/04/25/1071933/first-babies-conceived-sperm-injecting-robot-ivf-automation-icsi-overture/