Танец жизни. Новая наука о том, как клетка становится человеком

Уже давно известно, что главный фактор успешности ЭКО — возраст женщины. Врачи советуют парам, планирующим одного ребенка, начинать попытки ЭКО, когда женщине меньше тридцати пяти лет, планирующим двух детей — когда женщине максимум тридцать один год, и трех детей — когда женщине двадцать восемь лет [69]. Поскольку мужчинам не свойственно такое строгое снижение фертильности, возраст женщины традиционно был в фокусе внимания, а период от двадцати до тридцати пяти лет остается самым безопасным для деторождения [70].
Но теперь появились доказательства, что возраст мужчины тоже имеет значение. Анализ девятнадцати тысяч циклов (количество пар: семь тысяч семьсот пятьдесят три), проведенных в центре ЭКО в Бостонском регионе в 2000—2014 годах, показал, что кумулятивный показатель рождаемости падает с увеличением возраста мужчин. Например, среди пар, где женщине меньше тридцати лет, а мужчине сорок — сорок два года, показатель рождаемости был ниже (46%), чем среди пар, где женщине меньше тридцати лет, а мужчине тридцать — тридцать пять лет (73%) [71]. Оказывается, у мужчин своя версия биологических часов.
Некоторые женщины бесплодны, поскольку их яйцеклетки не созревают должным образом, и в этом случае ЭКО бессильно. Но с каждым годом мы получаем все больше сведений о механизмах созревания яйцеклетки, в основном из исследований мышиных ооцитов, которые позволяют понять причины анеуплоидии яйцеклеток и потери беременности, и мы все чаще исследуем человеческие яйцеклетки тоже [72].
Как только яйцеклетка оплодотворяется, критическое значение приобретает питательная среда, в которой будет расти эмбрион. Среда может повлиять на правильность его развития. Разумеется, здесь очень важны методы оценки здоровья эмбриона, и приятно осознавать, что методика таймлапсов, разработанная нами для съемки эмбрионального развития мышей, используется сегодня для визуализации развития человеческих эмбрионов. Более мощное оборудование, эмбриоскоп (EmbryоScope), используемый нами в лаборатории, взят на вооружение некоторыми клиниками ЭКО для мониторинга развития эмбрионов — мониторинга, при котором их не нужно извлекать из инкубаторов. В то время как нездоровый эмбрион легко узнать по фрагментированным или слишком малочисленным клеткам, труднее определить, какой из нормально выглядящих эмбрионов имеет больше всего шансов на успешное развитие после переноса в матку. Съемка развития позволяет без извлечения из инкубатора установить, в какой момент эмбрионы достигают каждого критического периода в процессе шестидневного развития in vitro, и выбрать для переноса в организм матери самый перспективный экземпляр.
Но даже в этом случае методика является субъективной. Поэтому, на мой взгляд, нам нужен объективный, быстрый и простой способ оценки потенциала развития эмбриона. Что-то подобное используется в наших исследованиях и вскоре может стать полноценной методикой.
Как многое в науке, все началось со случайного наблюдения за движениями цитоплазмы яйцеклетки вскоре после оплодотворения. Это привело нас к сотрудничеству с Крисом Грэхемом, который был моим наставником во время проведения диссертационных исследований в Оксфорде, а также с командой математиков из Оксфордского отделения зоологии.
Чтобы проанализировать это движение, Крис представил нам новую технологию под названием «велосиметрия по изображениям частиц», разработанную для того, чтобы, например, отслеживать потоки воздуха, когда по небу проносятся облака. Эта технология позволила отследить движение частиц в яйцеклетке, и оказалось, что потоки цитоплазмы начинаются в виде струйки в месте проникновения сперматозоида, а затем продолжаются несколько часов в колеблющейся манере [73]. Мы выяснили, что эти потоки рождаются в ответ на колебания уровня ионов кальция, высвобождаемых в цитоплазму яйцеклетки после оплодотворения.
Хорошо известно, что для развития яйцеклетки необходим нормальный уровень кальция, но до появления этой новой технологии невозможно было оценить его уровень неинвазивным путем, то есть так, чтобы это не повлияло на развивающуюся яйцеклетку. Выяснилось, что по паттернам потоков цитоплазмы (их частоте и размеру) можно предсказать, получится ли из данной яйцеклетки здоровая мышь [74]. Карлу Свану из Кардиффского университета стало любопытно, есть ли такие же потоки в человеческой яйцеклетке, — и оказалось, что есть. Это потрясающе, ведь измерение потоков — полностью неинвазивный и объективный (количественный) способ предсказать жизнеспособность яйцеклеток, оплодотворенных in vitro, и тем самым значительно улучшить перспективы ЭКО.
 
Следующая проблема — внедрение данного подхода в клиники ЭКО, ведь для этого нужна более совершенная микроскопия, чем та, что применяется в них сегодня. В сочетании с другими технологиями для определения здоровья эмбриона (например, изучением его метаболизма и химического состава) этот подход может оказаться бесценным в ситуации, когда понадобится решить, какой из эмбрионов лучше подсадить матери [75].
Конечно, здоровье эмбриона не гарантирует беременность. Еще одна причина низкой успешности ЭКО — проблема с имплантацией, когда эмбрион для продолжения развития должен прикрепиться к выстилке матки. Наш метод помогает оценить здоровье эмбриона, что важно, но бесполезен, когда особенности организма матери затрудняют принятие эмбриона.
Есть разногласия по поводу того, одинаковы ли шансы на развитие у эмбрионов, достигших стадии бластоцисты на шестой день культивирования in vitro, и у эмбрионов, достигших этой стадии на пятый день. Сегодня это можно проверить. Моя коллега по лаборатории Марта Шахбази в сотрудничестве с Эмре Салли, Ричардом Скоттом и его командой из IVIRMA[23] , штат Нью-Джерси, показали, что человеческие эмбрионы, достигающие стадии бластоцисты in vitro за пять дней, развиваются лучше тех, которые достигают ее за шесть. С помощью этого метода можно улучшить условия культивирования при ЭКО, если установить пока неизвестные химические сигналы, которыми в разное время пользуется эмбрион.
Для повышения успешности процедуры ЭКО определенно нужно больше новых технологий, но даже при том, что многие из них уже разработаны, надо провести больше правильно организованных клинических испытаний, чтобы выбрать наиболее эффективные [76].
 Хромосомные аномалии 
Следующая причина провала ЭКО — ситуация, когда используются аномальные эмбрионы, зачастую те, что содержат клетки с неправильным количеством хромосом из-за ошибок митоза или мейоза [77]. После рождения Саймона, когда моя лаборатория выяснила, что существует механизм, который может компенсировать хромосомные аномалии, если в эмбрионе присутствует достаточное количество нормальных клеток, я задумалась о значении этого механизма самовосстановления для клиник.
Неспособность производить полностью нормальные эмбрионы (что определяется генетическим тестированием) для огромного количества женщин, проходящих ЭКО, означает конец репродуктивного периода. Считается, что в одних только США десятки тысяч эмбрионов могли быть отнесены к аномальным, имея лишь несколько аномальных клеток, и уничтожены, и это всего за один год [78].
По результатам многих исследований неожиданно большое количество человеческих эмбрионов содержат аномальные клетки. Такие мозаики из нормальных и аномальных клеток имеются у 30% ЭКО-эмбрионов [79]. Более того, оказалось, что женщины, проходящие ЭКО, рискуют меньше, чем принято считать, когда совершают немыслимое и имплантируют себе эмбрион, который, по результатам генетического тестирования, является мозаичным [80].
Если открытое нами самовосстановление мышиных эмбрионов верно и для человеческих, то часть (возможно, небольшая, но все же значительная, когда речь идет о родительских парах) из многих тысяч человеческих эмбрионов, отбраковываемых ежегодно, вполне могла вырасти в здоровых детей. Больно представить, сколько было таких пар, которые производили только частично аномальные эмбрионы и в итоге сдались.