До недавнего времени считалось, что митохондрии наследуются потомками только от матери. Авторы новой статьи в PNAS исследовали пациентов с подозрением на митохондриальные заболевания и обнаружили в их клетках смесь отцовских и материнских митохондрий. Механизмы такого наследования пока неизвестны, но сам факт его существования может оказаться крайне полезным для клинической диагностики.

Митохондрии — это бактерии, поселившиеся внутри предка современных эукариот в обмен на обеспечение его энергией. С тех пор они растеряли большинство своих генов — у митохондрий человека их осталось всего 37 — однако генетикам известен целый ряд заболеваний, которые определяются мутациями митохондриальной ДНК. Подобно большинству других генетических заболеваний, митохондриальные болезни проявляются системно, а их симптомы разбросаны по всему организму (например, синдром диабета и глухоты). Сильнее всего от нехватки энергии страдают мышцы и нервы, поэтому митохондриальные болезни часто проявляются как миопатии или нейропатии (например, синдром Лея или нейропатия Лебера). Лечение в большинстве случаев пока не разработано, удается лишь иногда справиться с отдельными симптомами.

Один из возможных путей борьбы с митохондриальными заболеваниями — технология «ребенка от трех родителей». Большинство митохондрий (а еще совсем недавно считалось, что вообще все) переходят к ребенку от матери, так как при оплодотворении сперматозоид привносит в яйцеклетку только ядро и одну из центриолей. Следовательно, если мать больна митохондриальным заболеванием, спасти ребенка можно с помощью донорских здоровых митохондрий. Поэтому можно, например, пересадить ядро яйцеклетки матери в цитоплазму яйцеклетки донора (удалив ее собственное ядро, конечно же), а затем оплодотворить in vitro полученный гибрид сперматозоидом отца. В мире уже живет несколько детей, родившихся в результате применения этой технологии. Но ее эффективность доказана не окончательно: в некоторых случаях часть митохондрий с мутациями может попадать в гибридную яйцеклетку и размножаться в ней.

Однако в статье группы ученых из научных учреждений США, Китая и Тайваня, опубликованной в журнале PNAS, было показано, что наследование митохондрий может происходить не исключительно по материнской линии, и самые разные люди могут оказываться гибридами. Такое состояние, при котором в клетке соседствуют органеллы с различиями в последовательностях ДНК (в том числе — от разных родителей), называют гетероплазмией. Ее раньше обнаруживали у дрожжей, мышей и овец, но с человеком ситуация оставалась неясной. Только в одной работе 16-летней давности был описан случай пациента, у которого достоверно обнаружили отцовскую митохондриальную ДНК, но почему-то только в мышечной ткани. С тех пор никаких свидетельств наследования митохондрий по отцовской линии добыть не удавалось.

Авторы обсуждаемой статьи исследовали пациентов генетической клиники с подозрением на митохондриальные заболевания. Первый пациент (они называют его А) страдал усталостью, мышечной слабостью и болями — характерная для митохондриальных болезней симптоматика. У одной из его сестер была задержка речи, у деда — сердечный приступ, а у матери — нейропатия, однако ни в одном случае врачи не заподозрили митохондриальных причин. В процессе секвенирования ДНК оказалось, что у пациента А нет никаких характерных мутаций, но необычайно высокий уровень гетероплазмии: 21 вариант последовательности встречался примерно в 60% митохондрий клетки, и еще 10 вариантов — 40%. Такая же ситуация обнаружилась и у ближайших родственников пациента А: сестер и матери. Получается, что мать пациента А унаследовала митохондрии от обоих родителей, а потом передала всю эту смесь детям (без участия митохондрий их отца). Секвенирование митохондриальных ДНК других членов семьи А показало похожую картину. Еще в двух ветвях того же семейства матери унаследовали митохондрии от обоих родителей, а затем передали эту гетероплазмию детям без участия отцов.

Позже авторы статьи обнаружили еще двух пациентов с похожими семейными историями. Пациент В — взрослый мужчина с задержкой развития, хронической усталостью, диабетом и врожденным пороком сердца. Пациент С — взрослая женщина с синдромом Гийена-Барре (аутоиммунное поражение нервной системы), хронической усталостью, рассеянными болями и эпизодическими приступами лихорадки. В их семьях прослеживается похожая картина наследования: некоторые дети наследуют от каждого из родителей по комплекту митохондрий (закрашены черным). Если эти дети женского пола, то дальше они передают потомству только смесь родительских митохондрии (закрашены штриховкой), к ним не присоединяются митохондрии мужа. Если же эти дети мужского пола, то их дети часто тоже получают смесь митохондрий от обоих родителей.

Понять, как такое возможно, помогают современные представления о процессе оплодотворения. Сперматозоид сливается с мембраной яйцеклетки, «впрыскивая» внутрь ядро, центриоль и неизбежно — небольшую часть цитоплазмы. Каждая клетка содержит множество митохондрий — сотни или тысячи, в зависимости от размера. Поэтому небольшое количество митохондрий может попасть в яйцеклетку вместе с цитоплазмой сперматозоида. Так происходит у многих живых организмов, но, как правило, отцовские митохондрии после этого из зиготы исчезают. Это может происходить разными способами: например, при помощи аутофагии (как у нематоды C. elegans) или пищеварительных вакуолей — лизосом (как у мышей). Как именно отцовские митохондрии погибают в зиготах человека, мы до сих пор не знаем. Но можно предположить, что какая-то мутация делает их устойчивыми к этому процессу — и тогда они начинают передаваться потомкам. Такая формулировка — «мутация, которая помогает выживать митохондриям отца» — помогает объяснить то, что мы видим в родословных: если мутацию наследует мальчик, то он с большой вероятностью передает свои митохондрии детям, если мутацию наследует девочка, то она передает только собственные митохондрии (то есть смесь митохондрий своих родителей).

Правда, здесь есть еще одна важная деталь. Сперматозоид сильно меньше яйцеклетки, и даже если бы все его митохондрии попали внутрь при оплодотворении, они составили бы меньше процента от всех митохондрий зиготы. Тем не менее, у пациентов из обсуждаемой статьи находят десятки процентов отцовских митохондрий. Значит, помимо способности выживать в цитоплазме яйцеклетки, они должны приобрести способность активно размножаться, чтобы составить конкуренцию материнским митохондриям и потеснить их позиции. Таким образом, речь идет, скорее всего, о выгодном сочетании нескольких мутаций.

Было бы преждевременным утверждать, что эта работа произвела революцию в генетике митохондриальных заболеваний, не говоря уже о построении митохондриальных деревьев и поиске митохондриальной Евы. Все же речь идет только о трех подтвержденных случаях, и можно предположить, что подобный тип наследования встречается достаточно редко и едва ли вносит существенный вклад в эволюционный процесс. Однако это повод отнестись внимательнее к диагностике и лечению митохондриальных болезней. Как минимум, при получении ребенка от трех родителей полезно учитывать, что у него может оказаться уже не двойной, а тройной комплект митохондрий.

Источник: S. Luo, C. A. Valencia, J. Zhang, N.-C. Lee, J. Slone, B. Gui, X. Wang, Z. Li, S. Dell, J. Brown, S. M. Chen, Y.-H. Chien, W.-L. Hwu, P.-C. Fan, L.-J. Wong, P. S. Atwal, T. Huang. Biparental Inheritance of Mitochondrial DNA in Humans // PNAS. 2018. DOI: 10.1073/pnas.1810946115.

Китайские эмбриологи научились добывать яйцеклетки из вспомогательных клеток яичника мыши. Они продемонстрировали, что такой метод безопасен для генома клеток и позволяет получить полностью жизнеспособное потомство. Едва ли он заменит яйцеклетки тем, у кого они по каким-то причинам не производятся, но теоретически может помочь людям с пониженной фертильностью — или тем, кто задумал себе «ребенка на заказ» (работа была опубликована в журнале Cell Reports).

После того, как японские ученые Такахаши и Яманака придумали технологию репрограммирования соматических клеток в эмбриональные, появилась идея лечить таким образом бесплодие. Ведь если из любой клетки тела можно получить любую другую, то можно выращивать сперматозоиды и яйцеклетки для тех, у кого их по каким-то причинам недостаточно. Такие работы действительно появились, однако эффективность перепрограммирования и выращивания половых клеток, как, впрочем, и любых других, все еще невелика.

Кроме того, классические методы репрограммирования предполагают генетическую модификацию клеток. В них необходимо внедрить «факторы Яманаки» — транскрипционные факторы, которые меняют экспрессию генов в клетках, и удобнее всего это делать с помощью вирусных векторов. Для всех других типов клеток этот метод подходит, но не для половых: вирусы могут внести какие-то изменения в геном, который может потом сказаться на здоровье потомства.

Поэтому группа исследователей под руководством Линь Лю (Lin Liu) из Нанькайского университета попробовала перепрограммировать клетки мышей с помощью так называемых «малых молекул» — сигнальных небелковых веществ. Ученые предположили, что такой метод репрограммирования позволит получить безопасные с генетической точки зрения половые клетки.

В качестве источника материала для репрограммирования исследователи выбрали гранулезу — это клеточная оболочка, которая окружает яйцеклетку внутри фолликула и выходит вместе с ней в яйцевод во время овуляции. Ученые подобрали два вещества, Y27632 и кротоновую кислоту, которые позволили достаточно эффективно перепрограммировать клетки гранулезы (на выходе получилось 27 клеточных линий против 7 — если перепрограммировать методами, которые описывали другие авторы). Полученные химически индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (так из назвали авторы) обладали всеми свойствами эмбриональных клеток: дифференцировались в разные клеточные типы и образовывали опухоли из разных видов тканей (тератомы), если ввести их в организм мыши.

Затем ученые сформировали из полученных стволовых клеток яичники: для этого их смешали с клетками-предшественниками яичников из зародышей мыши и подсадили взрослым мышам под капсулу почки. Там сформировались полноценные яичники с яйцеклетками из репрограммированных клеток. Исследователи подтвердили, что в этих яйцеклетках запускается деление (мейоз), не возникает хромосомных аномалий, а теломеры становятся длиннее, чем в окружающих клетках (это необходимый процесс для формирования половых клеток, которым еще предстоит многократно делиться), а точечных мутаций — не больше, чем у стандартной культуры эмбриональных стволовых клеток (не более 10).

Наконец, чтобы проверить функциональность этих яйцеклеток, их извлекли из-под капсулы почки и in vitro оплодотворили сперматозоидами мыши. Эффективность оплодотворения была 40-50 процентов. Некоторые из полученных зародышей подсадили мышам, в результате родились пять полностью жизнеспособных мышат. Четверо из них дожили до взрослого возраста и принесли полноценное потомство.

Эффективность нового метода репрограммирования, как и у предыдущих, оказалась не очень высокой. Из полученных и подсаженных суррогатным матерям 171 эмбрионов прижились только пять. Тем не менее, во всех случаях ученым удалось подтвердить безопасность процедуры и генетическую целостность перепрограммированных яйцеклеток.

Сами авторы работы отмечают, что едва ли этот метод поможет бороться с бесплодием — ведь для него нужны клетки гранулезы, которые удобнее всего получать при овуляции вместе с яйцеклеткой. Тем не менее, с его помощью можно было бы увеличить количество яйцеклеток, доступных для экстракорпорального оплодотворения, что помогло бы справиться с проблемой пониженной фертильности.

Ранее стало известно о том, как эмбриологи пытаются вырастить эмбрионы без яйцеклетки — например, недавно эмбрионоподобную конструкцию удалось получить из соматической клетки. Однако вне организма матери такие зародыши живут не очень долго — а человеческие эмбрионы и вовсе нельзя выращивать долго.

Американский стартап Genomic Prediction разработал тест LifeView на определение генетических предрасположенностей и умственных способностей эмбриона. Стартап предлагает тест парам, которые планируют ЭКО, сообщает MIT Technology Review со ссылкой на компанию.

Genomic Prediction утверждает, что при помощи ДНК может определить предрасположенность эмбриона к 11 болезням и спрогнозировать низкий уровень интеллекта ребёнка. Тест будет проводиться перед имплантацией эмбриона в матку.

Исследование проводится на нескольких клетках, извлечённых из эмбриона перед ЭКО. Genomic Prediction измеряет ДНК эмбриона в нескольких сотнях тысяч генетических позиций. После этого специалисты формируют статистику, по которой можно определить вероятность заболевания ребёнка на более поздних этапах жизни.

Стартап составляет «табель с оценками» для эмбрионов, с помощью которого будущие родители могут выбрать ребёнка. Результаты содержат оценки предрасположенности к диабету, инфаркту и пяти видам рака.

Пока прогнозирование здоровья — основной результат таких тестов. Что касается будущих умственных способностей ребёнка, пока компания предупреждает, что здесь может прогнозировать только умственную отсталось и IQ ниже 70 баллов.

При этом стартап не даёт никаких гарантий. В юридическом отказе от ответственности говорится, что тестирование «НЕ является диагностическим».

Опрошенные изданием исследователи раскритиковали разработку компании.

Безответственно полагать, что наука находится на том этапе, когда мы можем точно предсказать будущее эмбриона. Такой науки просто ещё нет.

В мае 2019 года Еврейский университет в Иерусалиме опубликовал доклад о том, что эффективность подобных тестов низкая. Авторы исследования пришли к выводу, что полигенный метод для определения самого высокого или самого умного ребёнка в группе эмбрионов поможет определить разницу только в 2,5 см или три балла IQ.

Компания работает над проектом с 2017 года, пока он на предварительной стадии, но уже есть первые клиенты. Их количество стартап не раскрывает. В ближайшее время Genomic Prediction планирует представить исследование по первым результатам. Центры репродукции пока не пользуются услугами компании. Будущие родители узнают о компании от знакомых, из новостей или из листовок Genomic Prediction у врачей. В октябре 2019 года компания представила свою разработку на ежегодной встрече врачей-репродуктологов в Филадельфии. Рекламный баннер на стенде гласил: «У неё улыбка и уши твоего партнёра. Только без риска заболевания диабетом».

Компания хочет сделать лечение бесплодия более доступным и автоматизировать процесс.

Компания Mojo собирается заниматься лечением бесплодия с помощью искусственного интеллекта и робототехники, сообщает TechCrunch со ссылкой на компанию.

Также Компания хочет сделать лечение бесплодия более доступным, используя ИИ и робототехнику при анализе, селекции и оплодотворении, что может снизить затраты клиник репродукции.

ИИ отвечает за оценку качества спермы и яйцеклетки, а роботы — за оперативное и точное проведение ЭКО. Таким образом, полностью автоматизируются процессы, чтобы процедура выполнялась быстрее, лучше и надёжнее, чем сегодня.

В настоящее время выбор сперматозоида и яйцеклетки для оплодотворения делается случайным образом, а доля успешных операций ЭКО составляет до 25-30%. Стартап Mojo ожидает, что её технология, позволяющая оценить качество биоматериалов перед оплодотворением, может улучшить эффективность процедур ЭКО до 75% к 2030 году. Первый продукт компании под названием Mojo Pro (оборудование и программное обеспечение для анализа качества спермы) пока находится на стадии сертификации в Евросоюзе. Mojo планирует выпустить Mojo Pro осенью 2020 года.

Microsoft и SRL Diagnostics разработали инструмент на базе искусственного интеллекта, который помогает выявлять рак шейки матки. Отметим, сама система не ставит диагноз, окончательное решение, как и ранее, принимают квалифицированные врачи. Однако ИИ-система способна быстро проанализировать данные множества пациентов и выделить среди них группу риска, которую уже предстоит более подробно диагностировать профильным врачам.

Команда специалистов обучила ИИ определять признаки рака, снабжая его «тысячами» аннотированных изображений мазка из шейки матки, чтобы помочь выявить аномалии (включая примеры предракового состояния), которые требуют более пристального внимания специалистов. Затем врачам нужно будет более внимательно изучить те материалы, которые вызывают реальную озабоченность.

Разработанная система уже готова для предварительного внутреннего тестирования в SRL Diagnostics. Пока что она не используется в повседневной практике. Тем не менее, это уже определённый результат по сравнению с другими системами диагностики рака на базе ИИ, которые обычно существуют лишь в виде экспериментов.

Отметим, рак шейки матки является достаточно распространённым заболеванием. В одной только Индии ежегодно от данного заболевания умирает около 67 тыс. женщин. Во всём мире смертность от этой разновидности рака превышает четверть миллиона женщин в год. По данным ВОЗ, рак шейки матки занимает седьмое место в числе наиболее распространенных видов онкологических заболеваний среди женщин Европейского региона. Он занимает седьмое место как по распространенности (11,2 на 100 тыс. населения), так и по смертности (3,8 на 100 тыс. населения). В Украине эти показатели ещё хуже — четвёртое место по распространенности (17,1 на 100 тыс. населения) и третье — по смертности (6,6 на 100 тыс. населения). Несмотря на свою широкую распространённость, существует не так уж много врачей, которые способны обрабатывать мазки Папаниколау и помогать женщинам своевременно выявлять недуг. Ситуация более печальна в развивающихся странах, где население зачастую лишено нормального медицинского обслуживания, а массовая диагностика затруднена. Одна только компания SRL Diagnostics получает для диагностики более 100 тыс. образцов в год. При этом 98% из них не содержат признаков патологии, но для их изучения требуется задействовать квалифицированный медицинский персонал. Теперь же ИИ позволит врачам сосредоточиться только на 2% проблемных образцов и помочь женщинам своевременно начать лечение.

https://www.insideedition.com/woman-has-miracle-baby-after-having-her-fallopian-tubes-removed-53884

У технологий эмбрионального геномного редактирования (например, CRISPR-Cas9), которые позволяют найти в геноме нужный ген и удалить или отредактировать его, присутствует непростой этический контекст. В данное время эксперименты над геномом человека разрешены только в нескольких странах (например, в Китае и Великобритании).

Британский консультационный орган по биоэтике (Nuffield Council on Bioethics) наконец пришел к выводу, что с морально-этической точки зрения редактирование человеческого генома является допустимым, хотя и с рядом оговорок. Эта организация, оценивающая этическую сторону новых технологий, призвала правительство выработать социально-правовые нормы в отношении законодательства, связанного с редактированием генома половых клеток, что должно ускорить развитие генной инженерии.

Ранее совет по этике рекомендовал использование генома третьего человека, но только для замены неисправного кода в митохондриях клетки. Это привело к серьезному обсуждению в парламенте Великобритании и к изменениям в законодательстве.

Однако полное редактирование генома запрещено. На сегодня считается этичным и разрешено во многих странах выращивание эмбрионов человека исключительно для исследовательских целей в искусственной среде, и на срок не более 14 дней, после чего все выращенные материалы нужно уничтожить.

Противниками данной технологии поднимается тема «дизайнерских детей» и появления «конструктора детей», который якобы позволит выбрать цвет кожи, особенности тела и прочие характеристики организма.

Heritable genome editing: action needed to secure responsible way forward

Генное редактирование — лучший, а иногда единственный способ вылечить врождённое заболевание, пишут авторы научной работы, которая опубликована 23 сентября 2017 года в журнале Protein & Cell. Оно не только излечивает конкретного человека, но и предотвращает передачу неправильных генов следующим поколениям.

Авторы научной работы — из главной лаборатории генной инженерии Министерства образования, главной лаборатории биоконтроля и исследований здорового старения, главной лаборатории репродуктивной медицины провинции Гуанчжоу и Школы естественных наук (все — Китай), а также департамента биохимии и молекулярной биологии Медицинского колледжа Бейлора (Хьюстон, США).

Как и другие исследовательские группы, в данном случае для генного редактирования учёные поначалу пытались применить известный метод CRISPR/Cas9 в сочетании с гомологично направленной репарацией клеток (homology directed repair, HDR) в трёхъядерных зиготах и диплоидных зиготах, но этот метод пока трудно использовать в реальных условиях по причине низкой эффективности и нежелательных неожиданных гомологических рекомбинаций. Поэтому исследователи использовали усовершенствованную технику, которая показала высокую эффективность. Они применили редактор оснований (base editor) на основе системы CRISPR/Cas9 и цитидиндезаминазы (rAPOBEC1).

Любопытно, что программируемое редактирование цепочек ДНК с помощью такого редактора изобретено в США и описано в литературе (2016). Редактор позволяет очень точно и надёжно заменять в макромолекуле ДНК одиночные основания C на T, а основания G на A. Но американские исследователи не смогли проверить своё изобретение на человеке, так что знамя подхватили китайские коллеги.

В рамках этого эксперимента генетики сумели избавить человеческий эмбрион от врождённого генетического заболевания бета-талассемия — это довольно распространённое генетическое заболевание в странах Средиземноморья, на Ближнем Востоке, в Индии, Центральной и Юго-Восточной Азии. Большая бета-талассемия возникает при наличии мутаций в обоих аллелях гена бета-глобина. В отсутствие или при резком уменьшении производства бета-цепей гемоглобин А вытесняется гемоглобином F. При отсутствии лечения пациента с большой бета-талассемией обычно не доживают до пяти лет. Единственные варианты для них — аллогенная трансплантация костного мозга или постоянные переливания крови на протяжении всей жизни, но и в этом случае они часто страдают от сопутствующих заболеваний.

Учёным хорошо известно, что ген бета-глобина находится на 11 хромосоме в позиции p15.5, а вылечить заболевание можно простой коррекцией базовых пар в этом гене на уровне зародыша, что и сделали китайские исследователи. Поскольку в реальных условиях трудно найти эмбрион с таким заболеванием, то учёные сделали 20 клонов из клеток кожи пациента. По итогу эксперимента успешная замена основания G на основание A в одной или двух аллелях удалось осуществить у 8 из 20 клонов. Такая эффективность пока недостаточна для клинического использования, но она превышает эффективность других методов генного редактирования.

Такой способ редактирования представляет собой существенный прогресс по сравнению с обычным генетическим редактированием, потому что замена отдельных оснований ДНК — это сверхточный метод точечного редактирования. Благодаря этому группа китайских генетиков впервые в мире сумела устранить рецессивную мутацию, которая вызвана двумя сбойными копиями одного гена, то есть мутациями в обоих аллелях. Это значительное достижение, которое открывает совершенно новые перспективы перед медициной.

Журнал Nature пишет, что учёные из разных стран опубликовали в научной прессе уже восемь работ по генетическому редактированию человеческих зародышей, из них пять — за последние два месяца. Никто не позволил зародышу расти более 14 дней по этическим соображениям.

Ученые при помощи 3D-печати смогли воссоздать функционирующие яичники, с помощью которых стерильная мышь смогла родить здоровых мышат. Биопротезы яичников представляли собой пористій каркас из желатиновых чернил, заполненный фолликулами с незрелыми яйцеклетками. С их помощью удалось восстановить производство гормонов и фертильность у мышей.

В тестах на мышах, у которых один яичник был удален хирургически, ученые обнаружили, что биоимплантаты яичников, подключенные к системе кровообращения, в течение недели приживались и продолжали поставлять яйцеклетки естественным путем через поры желатиновых структур. Из семи мышей, которые спарились после добавления биопротеза, у троих получилось здоровое потомство.

Чем яичники могут отличаться от других трехмерных 3D-печатных структур? Каркас биопротеза представляет собой желатин — биологический гидрогель, полученный из разрушенного коллагена, который безопасен для использования на людях. Существует ряд условий, при которых можно разработать биопротез, который не будет отторгаться живым организмом. Он должен быть сделан из органических материалов, которые были бы при этом достаточно жесткими, чтобы биопротез можно было успешно имплантировать, но в то же время достаточно пористыми, чтобы естественно взаимодействовать с тканями тела.

Трехмерная печать в данном исследовании осуществлялась путем сложения волокон желатина, чтобы контролировать расстояние между ними, а также взаимоотношения между слоями, что позволяет конструировать биопротез подходящего размера и формы. Решетки биопротеза яичников были напечатаны из желатиновых пластин. Размер и положение отверстий в структурах контролировалось, для размещения десятков фолликулов. Зрелые яйцеклетки далее высвобождались из биопротезов, как это происходит при нормальной овуляции. Такая геометрия яичников осуществляет гормональную поддержку незрелых яйцеклеток. Это первое исследование, которое демонстрирует, что архитектура биопротезов влияет на выживаемость фолликулов.

Печать биопротезов для мышей — не конечная стадия исследования. Биопротезирование яичников должно помочь восстановить фертильность и выработку гормонов у молодых женщин, чья репродуктивная система была повреждена в результате различных болезней или состояний.Нередко у таких женщин яичники перестают функционировать, и пациенткам требуется регулярная заместительная гормональная терапия.

Ученые и раньше создавали искусственные яичники для животных, но это первая представленная работа, в которой использовалась технология 3D-печати, однако пока неясно, будет ли такой подход так же эффективен у людей, так как фолликулы у человека отличаются от мышиных.

Таким образом, можно констатировать, что достижения трехмерной печати уже трансформируют некоторые передовые отрасли медицины, позволяя врачам сорздавать детали организма, которые непосредственно могут быть имплантированы пациентам.

Как показали исследования, «искусственная матка» обеспечила нормальное развитие сильно недоношенных ягнят. Клинические испытания подобного устройства для недоношенных человеческих плодов планируются  в течение 5 лет.

В научном журнале Nature Communications вышла статья, где рассказывается об успешных испытаниях «искусственной матки» – внутри нее в течение четырех недель американские ученые выращивали недоношенных ягнят. Если дальнейшие эксперименты будут удачными, то уже через три-пять лет начнутся исследования с участием людей. То есть, в будущем разработка может спасти не одну жизнь. Правда, есть несколько сомнений, но о них позже.

Развитие млекопитающих в утробе матери — сложнейший процесс. Да, мы все к нему привыкли и примерно знаем, что происходит во время развития плода — будь то человек или тушканчик. С давних пор ученые задаются целью вырастить живое существо вне матки, в искусственной среде. Активно этой проблемой занимаются лет двадцать. Некоторые специалисты близки к решению этой задачи. Группа специалистов из Детской больницы Филадельфии (Children’s Hospital of Philadelphia) разработала способ выращивания млекопитающих в искусственной матке.

Этот метод уже проверен и, насколько можно понять, неплохо работает. В лаборатории участников проекта — не один, а сразу восемь ранних плодов (ягнята), которые продолжают расти и развиваться. Их легкие, мозг и другие органы увеличиваются в размере и постепенно приближаются к норме для новорожденных. Ягнята уже открывают глаза, начинают делать глотательные движения — в общем, все то, что делают и обычные животные, которые еще не родились, а находятся в матке овцы. Возможно, говорят ученые, в будущем этот способ поможет без риска для здоровья «донашивать» преждевременно родившихся младенцев в искусственной среде. Это нужно, если по каким-то причинам мать не может выносить ребенка в срок естественным способом.

«Думать, что вы можете взять эмбрион, позволить ему развиться и поместить в искусственную матку для достижения стадии рождения — чистой воды фантастика», — говорит Алан Флейк, фетальный хирург Детской больницы Филадельфии. По его словам, пока что реальность — это возможность довести ранний плод до стадии рождения. О том, чтобы провести процесс развития зародыша от стадии эмбриона до стадии рождения, думать еще слишком рано.

Созданная учеными «искусственная матка» представляет собой пластиковый пакет, заполненный аналогом амниотической жидкости (околоплодных вод). Кислород и другие необходимые вещества плод получает через «пуповину». В рамках исследования специалисты из Детской больницы Филадельфии поочередно поместили в такую систему восемь ягнят, которых извлекли из матки овцы на 15–17-й неделях развития (в норме беременность у овец длится 21 неделю). Внутри искусственной матки животные успешно провели четыре недели.

Конструкция устройства; внизу — один и тот же ягненок, помещенный в Biobag после 107 дней вынашивания, через четыре и 28 дней пребывания в нем.

Поскольку важно было понять, как плод развивался, после извлечения из пакета животных умерщвляли с последующим проведением вскрытия. Но к одному ягненку у исследователя возникла привязанность, поэтому его отправили на ферму. Результаты вскрытий показали, что развитие плода в искусственной матке проходило хорошо.

Для людей эта технология имеет огромное значение. Сейчас при рождении на 24-й неделе беременности шансы недоношенного ребенка на выживание — 50 на 50. Современное медицинское оборудование и лекарства, применяемые в таких случаях, могут нанести ребенку большой вред, но врачи вынуждены идти на риск, поскольку другого варианта нет.

Несмотря на успешные испытания на ягнятах, до появления коммерческой системы для людей еще далеко и еще не факт, что такова будет создана вообще. Человеческий организм имеет множество отличительных особенностей и теоретически создать искусственную матку для недоношенных детей будет гораздо сложнее, чем для животных. К тому же это уже далеко не первая попытка имитировать условия жизни в матке — предыдущие провалились.

Что касается искусственной матки, то она больше всего похожа на вакуумную упаковку, если смотреть со стороны. Но на самом деле, у этой системы есть все те элементы, которые присущи и матке у живых, вполне настоящих и реальных овец. Внутри нее — раствор, в котором плавает плод. Этот раствор выводит вредные вещества из организма ягненка, одновременно обеспечивая газообмен.

Саму искусственную матку ученые назвали Biobag. Собственно, это действительно биосумка, ни больше, ни меньше. Флейк утверждает, что в скором времени метод, разработанный в больнице, поможет спасать жизни недоношенным детям. Недоношенность, по его словам — это одна из наиболее частых причин гибели детей. Недоношенными рождаются около 10% детей, которые рождаются ранее 37 недели беременности. 6% детей рождаются еще раньше — до достижения 28-й недели беременности. Собственно, чем больше времени у преждевременно родившегося ребенка остается до нормального срока рождения, тем меньше у него шансов остаться в живых.

Ученые разработали несколько достаточно эффективных методов для поддержания жизни у недоношенных детей. Но эти методы все же нельзя назвать слишком уж эффективными и 100% надежными. Причем многие дети, родившиеся раньше срока и выжившие, страдают рядм заболеваний из-за побочных эффектов современных методов донашивания. Требуется что-то иное. И этим иным может стать метод, который создали Флейк с коллегами. Конечно, сейчас никто им не позволит проводить опыты на детях. Но на животных опыты проводить можно, чем специалисты и занимаются большую часть времени. Если бы способ искусственного выращивания раннего плода млекопитающих был бы доработан, то следующим этапом можно было бы сделать помощь людям.

Одна из основных задач, которые стоят перед специалистами, которые занимаются созданием искусственной матки — разработка системы циркуляции жидкостей и газов, которая могла бы заменить собой естественный аналог. Кроме того, нужно проработать еще и снабжение растущего организма кровью, что означает создание системы насосов, способных поддерживать нормальное давление в кровеносной системе плода.

Но Флейк с коллегами пошли по другому пути. Они разработали оксигенатор особого типа, подключили его к кровеносной системе плода и кровь теперь свободно циркулирует по этой системе. Насосов в ней нет, работающее сердце плода выполняет роль этого насоса и вполне успешно.

Еще одна проблема — это инфекции. Нельзя допустить риска заражения плода, у которого иммунитета еще нет, либо он крайне слаб. В этом случае используются специальные помещения с минимальным содержанием микроорганизмов в воздухе и на поверхностях. Как уже говорилось выше, токсины из тела плода выводятся при помощи специальной жидкости, которая одновременно снабжает ткани тела кислородом.

Тем не менее, если дальнейшие эксперименты окажутся успешными, недоношенных детей смогут перемещать после кесарева сечения в искусственную матку на срок до четырех недель для дальнейшего развития в условиях, максимально приближенным к естественным.

Ученые протестировали свою систему на семи ранних плодах овец, возраст которых составил 105-120 дней. Это эквивалент 22-24 неделе беременности у человека. Спустя четыре недели после того, как ягнята были помещены в искусственную матку их изучили. Ни признаков повреждения, ни других проблем ученые не обнаружили.

Конечно, овцы — не люди, они развиваются несколько по иному пути, особенно, если иметь в виду нервную систему и мозг. Тем не менее, начало положено, и в скором времени ученые надеются разработать эффективную и надежную систему спасения недоношенных детей. Но до наступления этого момента специалистам предстоит выполнить еще много работы.

Исследователи особо подчеркивают, что эта технология позволит повысить шансы на выживание только у тех детей, которые родились на 24-й неделе или позже.

https://www.nature.com/articles/ncomms15112

В целом, криоконсервация (от греч. κρύος — холод и лат. conservo — сохраняю) — это низкотемпературное хранение живых биологических объектов с возможностью восстановления их биологических функций после размораживания. Довольно давно разработаны и успешно применяются методы криоконсервации клеточных культур, тканей, эмбрионов.

В настоящее время проблему составляет не криоконсервация, а размораживание. Однако недавно стало известно о технологии, которая позволяет размораживать фрагменты тканей без повреждения их клеточной структуры.

Как известно, рабочие температуры криоконсервации составляют менее –196°C. Фрагменты сохраняемой ткани помещаются в жидкий азот, что позволяет полностью остановить биохимические процессы в клетках, включая обмен веществ и энергии.

Команда ученых из США заявила о разработке новой методики, которая позволяет замораживать образцы тканей и органов абсолютно без повреждения клеток.

Вместо использования конвекции, применяемой для разморозки тканей, ученые использовали наночастицы для разогрева тканей, с равномерным повышением температуры всех её участков, причем повышение температуры происходило очень быстро: более 100 градусов в минуту, в результате чего не возникли ледяные кристаллы, которые, собственно и повреждали клетки.

Источник: Manuchehrabadi et al., Science Translational Medicine (2017)

В исследовательской программе были использованы наночастицы оксида железа, покрытые кремнеземом, которые нагревались при помощи электромагнитного поля. После восстановления нормального температурного режима ученые выводили наночастицы из экспериментального образца ткани путем вымывания.

Основные повреждающие факторы при замораживании живой ткани — образование льда внутри кленки и обезвоживание. Если охлаждение ведется с высокой скоростью, внутри клетки образуются кристаллы льда, что влечет за собой увеличение внутреннего объема структур клетки и их разрушение. При охлаждении клетка теряет до 90% воды, что приводит к разрушению белковых комплексов, из-за чего размороженная клетка не может нормально существовать.

Отечественным репродуктологам удалось помочь бесплодной паре, используя новый подход к экстракорпоральному оплодотворению: впервые в Украине удалось осуществить оплодотворение методом так называемого пронуклеарного переноса, и получить здорового новорожденного. Этот ребёнок родился в начале нового 2017 года и стал вторым в мире ребёнком от трёх родителей (первый такой ребёнок родился в 2016 году в Мексике).

В рамках цикла яйцеклетка 34-летней женщины была оплодотворена спермой партнёра, а затем ядро с полученным генетическим материалом было перенесено в донорскую яйцеклетку, поэтому ребёнок имеет гены своих родителей и небольшое количество генов второй женщины.

Подобная методика ЭКО позволяет получить здорового потомство женщинам с митохондриальными заболеваниями. При естественной беременности у них часто рождаются дети с различными генетическими аномалиями, а при применении нового подхода происходит объединение генетического материала женщины с патологией митохондрий и донорских клеток другой женщины.

Разрабатываемый новый мужской контрацептив оказался эффективным, но побочные эффекты заставили прекратить его исследования.

Новый мужской инъекционный контрацептив продемонстрировал почти стопроцентную эффективность. Препарат является гормональным средством, а его эффект основан на снижении качества сперматозоидов.

Всего в исследовании приняло участие 320 мужчин в течение 1 года. Эффективность оказалась равной 96% (в проекте принимали участие мужчины, у которых был постоянный половой партнер). Несмотря на продемонстрированную эффективность, у средства оказалось достаточно много побочных действий: депрессия и перепады настроения, боль в мышцах, акне, повышенное либидо.

Такие выраженные побочные эффекты возникли у 20 участников из 320. Эти участники приняли решение прекратить испытание. Среди самых выраженных проявлений — один случай клинической депрессии и один случай проблем с сердцем.

Испытания были досрочно прекращены. Специалисты по клиническим исследованиям посчитали, что для участников исследования его использование может представлять опасность. Однако 75% добровольцев заявили о том, что они довольны эффективностью контрацептива и хотели бы продолжать им пользоваться в будущем.

Исследование эффективности препарата включало два этапа: на первом этапе мужчины использовали испытуемый препарат, а женщины — традиционные методы контрацепции; на втором этапе пары использовали только новую контрацепцию для мужчин. Инъекции содержали гормон группы прогестогенов с удлиненным сроком действия. Используемый гормон блокировал производство спермы. Однако при использовании прогестогена в мужском организме снижается уровень гормона тестостерона, поэтому было необходимо вводить дополнительно этот гормон.

В течение года участникам эксперимента делали инъекцию препарата каждые два месяца. В течение года было зафиксировано 4 случая беременности. Эффективность нового инъекционного контрацептива для мужчин оказалась примерно равной эффективности контрацептивных препаратов для женщин.

Японские биологи впервые смогли превратить обычные клетки мышей в полноценные яйцеклетки, оплодотворить их и вырастить нормальное потомство, способное размножаться. За последние несколько десятилетий биологи научились превращать стволовые клетки в ткани костей, мускулов, кожи и нервной системы, которые могут стать «запасными частями» на случай повреждения тканей тела или лекарством для лечения дегенеративных заболеваний. Особое внимание издавна привлекает превращение стволовых клеток в половые клетки, пригодные для размножения.

Группа ученых под руководством Митинори Саито (Mitinori Saito) из университета города Киото (Япония) уже более пяти лет работает над получением полноценных половых клеток из стволовых клеток и «заготовок» сперматозоидов и яйцеклеток. В августе 2011 года Саито и коллеги научились выращивать сперматозоиды из эмбриональных и стволовых клеток. Через год японские биологи успешно использовали полученный опыт для превращения стволовых клеток в «заготовки» яйцеклеток, которые они имплантировали бесплодной мыши и получили потомство.

В своей новой статье Саито описывает логический шаг — полное повторение всего процесса формирования женских половых клеток в лабораторных условиях, начиная со стволовых клеток и заканчивая получением полноценных яйцеклеток. Для решения задачи ученым пришлось модернизировать «лабораторные  яичники» из других эмбриональных клеток, которые они использовали в предыдущих экспериментах, и воздействовать на них гормональными сигналами для развития «заготовок» яйцеклеток в зрелые яйцеклеток. Процесс роста яйцеклеток длится примерно один месяц. Дольше всего формируются «заготовки» половых клеток — на это уходит около трех недель, еще 11 дней они растут и развиваются, и один день — на формирование. Результатом этого процесса являются нормальные яйцеклетки, которые не отличаются от естественных, но несколько отличаются набором активных генов.

Эти различия, как показали эксперименты по имплантации и оплодотворению в матке суррогатных мышей, повлияли на их фертильность: только около 3% яйцеклеток успешно оплодотворилось, имплантировалось и развилось в нормальный зародыш. В среднем процедуру искусственного оплодотворения успешно переживает больше половины  яйцеклеток — на порядок больше, чем в описанной статье. Несмотря на такие проблемы, все оплодотворенные зародыши превратились в нормальных мышей, из которых развились нормальные мыши, причем и самки, и самцы, родившиеся из таких яйцеклеток, смогли оставить нормальное потомство.

Успешное завершение этих экспериментов, как отмечают Саито и его коллеги, дает человечеству новую надежду на то, что методики выращивания яйцеклеток могут дать шанс многим бесплодным парам продолжить род.

В Мексике успешно была проведена операция по экстракорпоральному оплодотворению, в результате которой появился ребенок от «трех родителей». Об этом сообщил журнал New Scientist.

На самом ребенок родился еще в апреле этого года, но сообщение об этом событии по этическим нормам было обнародовано лишь недавно.

Основная заслуга в этом достижении принадлежит команде американских ученых по руководством Джона Чжана. Операция была проведена в Мексике, так как законы США прямо запрещают применение подобной методики. Пациентами Чана была супружеская пара с Ближнего Востока, чьи два предыдущих ребенка скончались от синдрома Лея — наследственного заболевания, которое сопровождается нейрометаболическим синдромом. Необходимость использования специальной методики оплодотворения от трех родителей объяснялась наличием в митохондриальной ДНК матери специфических генов, отвечающих за развитие болезни.

В ходе операции Чан перенес ДНК митохондрий женщины-донора в яйцеклетку матери, обезопасив ее тем самым от развития наследственного синдрома Лея. Таким способом ученые создали 5 эмбрионов, но только 1 из 5 эмбрионов прижился.

На текущий момент ребенок, которому уже пять месяцев, вполне здоров. 1% его митохондриальных генов несут мутации, но для развития болезни доля патологических генов должна быть гораздо выше – более пятой части.

Однако многие зарубежные специалисты поднимают этические моменты, связанные с манипулированием человеческой ДНК: например, как себя будет ощущать человек, рожденный фактически от трех родителей?

Приблизительно в течение 20 лет люди на Земле смогут зачать детей без секса. Об этом заявил один из профессоров Стэнфордского университета Генри Грили.

Тег «Далее» «Ученые предположили, когда люди смогут обходиться без секса для продолжения рода» →

Экстракорпоральное оплодотворение (ЭКО) пользуется популярностью у бесплодных пар уже давно. Однако, несмотря на популярность и время существования этой процедуры, ЭКО остается методикой не самой безопасной и достаточно дорогостоящей. Команда международных ученых-медиков разработала новую, более доступную и удобную методику оплодотворения.

Тег «Далее» «Новый-старый метод искусственного оплодотворения?» →

У ребенка может быть три биологических родителя: этот метод, оставаясь на мировом уровне экспериментальным, получает все больше подтверждений в своей эффективности.

Тег «Далее» «Дети от трех родителей: возможно ли такое?» →