Четыре года назад в науке произошло невероятное открытие, которое почти не заметили средства массовой информации. Группе американских ученых, в том числе из Массачусетского университета, удалось «сфотографировать» момент появления жизни – зачатия.

Как оказалось, зарождение жизни сопровождается вспышкой света от искры неорганического происхождения – во всяком случае, так утверждают ученые, предоставившие подробный отчет с фото- и видеоматериалами о своем открытии. Феномен назвали цинковой искрой. Очевидно, что таинство зачатия не обходится без искры Божьей, заявили богословы всех конфессий. Эзотерики тоже подхватили тему ниспослания света новой жизни свыше, а неофилософы призвали «помыслить немыслимое».

Но цель нашей статьи – не только обсудить загадочную природу таинственной искры, но и разобраться, как новое исследование увеличит шансы пар или женщин, планирующих экстракорпоральное оплодотворение, завести детей. И хотя цинковая искра остается пока явлением малоизученным, ученые утверждают, что ее открытие, возможно, позволит более точно определять, наступило ли зачатие, и поможет значительно снизить число неудачных экстракорпоральных оплодотворений (ЭКО). В данном материале мы попытаемся пролить свет на то, что здесь – красивый вымысел, а что – медицинский факт, и расскажем, при чем здесь цинк.

Открытие цинковой искры

Явление, которое в 2016 году наблюдали американские ученые Northwestern University под руководством профессора Терезы Вудрафф (Teresa Woodruff), выглядит мистически. Биологам удалось увидеть цинковую искру, показатель успешного оплодотворения и начала роста эмбриона человека. Вспышки света на мониторе, сопровождающие слияние яйцеклетки и сперматозоида, многие тут же окрестили «искрой жизни». Результаты своих наблюдений ученые опубликовали в журнале Scientific Reports.

Но биологи из команды Терезы Вудрафф стали первооткрывателями лишь отчасти. По их собственному признанию, им достался «щедрый подарок» в виде эксперимента доктора Рафаэля Фиссоре (Rafael Fissore) из Массачусетского университета в Амхерсте. Его лаборатория, используя подопытных мышей, исследовала и научно описала механизм, с помощью которого сперматозоиды запускают в яйцеклетке процесс развития эмбриона. Контакт сперматозоида с яйцеклеткой вызывает в ней целый каскад событий: усиливаются клеточное дыхание и синтез белка, меняется поток ионов через мембрану и многое другое.

Одним из ключевых элементов этой активации яйца является поглощение им ионов кальция. Ранее было известно, что по изменению концентрации внутриклеточного кальция можно прогнозировать состояние и здоровье будущего эмбриона. Активация ооцитов ионами кальция иногда используется для облегчения процедуры экстракорпорального оплодотворения.

Однако несколько лет назад ученые заметили, что процессы активации и оплодотворения яйцеклетки тесно связаны с трансмембранным потоком и других ионов – цинка. В первые же минуты после контакта со сперматозоидом зигота выбрасывает цинк наружу так активно и быстро, что этот момент получил название цинковой искры (zinc spark).

Точка отсчета

До сих пор все подобные исследования проводились только на клетках животных. О существовании цинковой искры и роли этих ионов в оплодотворении человеческой яйцеклетки можно было лишь догадываться. Ученые вызывали искусственную активацию женской яйцеклетки инъекциями иономицина и других агентов, которые стимулировали поглощение ею ионов кальция и выделение цинка без контакта со сперматозоидом. При этом в питательную среду добавлялся безвредный флуоресцирующий агент: он связывался с цинком, что сопровождалось яркой вспышкой, которую ученые сняли под микроскопом.

Экспериментаторы разобрались в природе явления и обнаружили, что искрят атомы цинка, которые выбрасывает оплодотворенная яйцеклетка. Выбрасывает волнами, следующими одна за другой с небольшими перерывами.

Цинк содержится под оболочкой яйцеклетки в особых кармашках, которых насчитывается несколько тысяч, а атомов цинка в них – около 60 миллиардов. Во время «фейерверка» выстреливается 4-5 залпов из 10 миллиардов «зарядов».

До внедрения сперматозоида яйцеклетка, наоборот, интенсивно накапливает цинк, содержание которого в период ее созревания увеличивается в несколько раз. Этот элемент помогает клетке созревать и развиваться. А вот эмбриону такое его количество не нужно и даже вредно, поэтому в момент оплодотворения яйцеклетка от него избавляется.

Самое удивительное: чем интенсивнее свечение, тем надежнее результат превращения яйцеклетки в полноценный и здоровый эмбрион.

Ученые признают, что тайны всех процессов, происходящих во время зачатия, они не раскрыли. Но полагают, что по интенсивности «фейерверка» можно судить о качестве яйцеклетки – чем он ярче, тем более вероятно, что зачатие произошло успешно.

Это особенно важно для процедур искусственного оплодотворения – что называется, в пробирке, в которую тоже должна снизойти «искра жизни». До сих пор не существует надежных методов предсказания жизнеспособности полученного таким образом эмбриона. На сегодняшний день окончательный вердикт о здоровье будущего плода можно вынести лишь после пересадки эмбриона женщине.

Почему это важно

Подсадка некачественных эмбрионов – главная причина неудачных ЭКО. Возможность наблюдать цинковую искру, возможно, позволит удостовериться в успешной активации и оплодотворении яйцеклетки и облегчит сложную процедуру экстракорпорального оплодотворения.

Это имеет большое практическое значение: ведь оплодотворение in vitro – это уже не просто достижение медицины, но и часть жизни общества в последние 40 лет. 25 июля 2020 года мир отметил 42-летие рождения в 1978 году первого «ребенка из пробирки» (Steptoe and Edwards, 1978). Теперь людей, родившихся в результате искусственного оплодотворения, на нашей планете более 40 миллионов. Цифра впечатляющая, и, судя по спросу на такие медицинские услуги, эта статистика имеет тенденцию роста.

Первоначально экспериментальная процедура с непредсказуемым результатом, ЭКО быстро превратилось в клинически и экономически весьма успешную медицинскую услугу. В США оплодотворение in vitro в основном развивалось в условиях частной практики за пределами академических кругов, потому что Конгресс исключил эту процедуру из большинства исследований, финансируемых государством. Таким образом, конкуренция между медицинскими центрами, предоставляющими эти услуги, способствовала все большему успеху этой альтернативы естественному зачатию.

Более 30 лет назад, в середине 1980-х, в развитых штатах США (Массачусетс, Калифорния, Иллинойс, Вирджиния и др.) были введены различные уровни страхового покрытия для ЭКО. Страховые компании в этих штатах начали заключать контракты с клиниками, что позволило сделать процедуру доступной для многих американцев.

На сегодняшний день практически все штаты имеют тот или уровень покрытия страховками или специальные программы ЭКО. А в 16 штатах из 50 полномасштабное страховое покрытие ЭКО-процедуры считается обязательным.

Все больше работодателей в США помогают парам нести расходы в тех штатах, где страховое покрытие ЭКО отсутствует. В 2020 году такие крупные компании, как Cisco и MassMutual, увеличили выплаты по рождению ребенка. А Starbucks и Chobani даже предлагают страховое покрытие для сотрудников с почасовой оплатой. Многие технологические компании, в частности, Apple, Facebook и Microsoft, не ограничились базовыми выплатами по ЭКО и покрывают сотрудникам расходы по заморозке и хранению эмбрионов.

Сравнение ЭКО в Старом и Новом Свете

Европейское общество репродукции человека и эмбриологии также собрало данные национального реестра циклов вспомогательных репродуктивных технологий, выполненных в Европе с 1997 по 2015 год. Было обнаружено, что Испания лидирует на континенте по вспомогательной репродукции с рекордным показателем – 119 875 циклов лечения. За ней следуют Россия (110 723 цикла), Германия (96 512) и бывший лидер, Франция (93 918). В Великобритании обычно проводится около 60 000 процедур в год.

Для сравнения, центры искусственного оплодотворения США в 2016 году провели 263 577 циклов вспомогательных репродуктивных технологий по лечению бесплодия, в результате чего родилось 76 930 живорожденных.

На сегодняшний день Соединенные Штаты остаются главным местом назначения «in vitro-туризма» для многих европейцев. Это обусловлено несколькими факторами:

1. Более высокие показатели успешных ЭКО и либеральный закон о сертификации клиник по лечению бесплодия, принятый в США в 1992 году.
   Fertility Clinic Success Rate and Certification Act of 1992
   
2. Пациенты больше доверяют клиникам в США, т.к. именно американские специалисты применяют самые передовые технологии, а больницы и клиники имеют развитую инфраструктуру и безупречно организуют логистику проведения процедуры.
   
3. Пациенты могут определить пол ребенка, опираясь на разрешенную в США доимплантационную генетическую диагностику.

Согласно докладу Business Stats News, ожидается, что к 2026 году «рынок» экстракорпорального оплодотворения (ЭКО) превысит 850 млрд долларов при среднегодовом темпе роста 11,1%. По оценкам экспертов, спрос на экстракорпоральное оплодотворение в мире будет расти из-за повышения уровня не только женского, но и мужского бесплодия. К сожалению, этому способствуют неумеренное употребление алкоголя, курение, загрязнение окружающей среды. Пары все чаще прибегают к ЭКО, и, по статистике, в 2020 году на каждую тысячу новорожденных 12,2 детей появились на свет в результате этой процедуры.

Доктор Майя Барбалич, молекулярный биолог и руководитель проекта genom.hr, а также соучредитель стартапа www.henome.com, заявляет следующее:

«Это не всегда хорошо распознается, но до 40% всех случаев бесплодия пары обусловлены мужским фактором. Существует множество причин, лежащих в основе мужского бесплодия, и в 30% случаев это генетический фактор, который можно легко обнаружить с помощью генетического тестирования. Этот тип тестирования может даже предсказать наличие сперматозоидов в яичках, что может помочь в принятии решения о TESE (экстракция сперматозоидов из яичек) – процедуре получения сперматозоидов, необходимой для экстракорпорального оплодотворения».

Немаловажен и тот фактор, что в последние десятилетия во многих странах происходит социальная трансформация прав одиноких и людей LGBT и принимаются законы, регулирующие их права на семью и детей. Это также увеличит количество семей, стремящихся к рождению детей с помощью ЭКО.

Ожидается, что Европа станет вторым по величине и наиболее быстро растущим сегментом этого рынка.

Часики тикают

Но есть одна сложность: с возрастом у женщин шансы на беременность уменьшаются. Доктор Елена Янушпольски, заслуженный мэтр репродуктивной медицины из бостонской больницы Brigham and Women’s Hospital, где статистика удачных ЭКО одна из высоких в мире, отмечает:

«Показатели успешности искусственной беременности варьируются: от 46% у женщин до 30 лет до 13% у тех, кому за 40. Я могу вам привести некоторую статистику Центра лечения бесплодия и репродуктивной хирургии, в котором я работаю:

– У женщин моложе 35 лет в 45,6% случаев достигается беременность и в 37,4% случаев – рождение живого ребенка;

– Следующая возрастная группа, от 35 до 37 лет, имеет соответствующие показатели 43% и 35,3%;

– Далее, у женщин от 38 до 40 лет – соответственно 33,1% и 23,5%;

– У тех, кому 41–42 года, – соответственно 27% и 14,9%;

– У женщин старше 42 лет – соответственно 11,9% и 7,5%.

Поскольку до сих пор не существует надежных методов предсказания «качества» эмбриона, медики обычно внедряют их с избытком, а это часто приводит к многоплодным беременностям. Поэтому в последнее время на улицах мы наблюдаем так много близнецов. Но не все семьи готовы к появлению у них тройни.»

Генетический скрининг

Для пар, которые приняли решение о процедуре ЭКО, существует возможность предимплантационного тестирования, PGT, которое используется для проверки наличия генетических аномалий в эмбрионе.

Тест PGT стал популярен в 1990-е годы и применяется по сей день в качестве метода для определения качества эмбрионов в экстракорпоральном оплодотворении и для того, чтобы выбрать наиболее здоровый и жизнеспособный зародыш. Известно, что чем старше женщина, тем более вероятно появление у нее хромосомных аномальных эмбрионов. С помощью предимплантационного генетического скрининга (один из видов PGT) женщины любого возраста увеличивают свои шансы на успешную беременность.

Однако у теста PGT есть один существенный недостаток. Поскольку его результаты основаны на анализе отдельной клетки, этот тест не всегда реально оценивает состояние всего эмбриона, и в основе этого лежит явление, именуемое генетическим мозаицизмом. Это явление заключается в том, что организм имеет не одну, а несколько генетических линий. Генетический мозаицизм может быть результатом множества различных механизмов, которые трудно предвидеть.

Кроме того, исследование показало, что результаты биопсии одних и тех же эмбрионов в двух разных лабораториях не всегда совпадают. Да и не всем женщинам подходит генетический скрининг вследствие таких недостатков, как инвазивность биопсии и того же хромосомного мозаицизма, невозможность предвидеть который делает тест неэффективным.

Альтернативные методы определения качества эмбриона в процессе ЭКО – микроскопия, а также профилирование экспрессии РНК и белков.

*Еще один важный вопрос – предпосылки и психологический фон. Прежде чем решиться на ЭКО, будущие родители должны быть готовы к этому важному шагу. По этой теме существует ряд обучающих курсов,- например www.fertilityiq.com

Ножницы CRISPR

Другой тип PGT, который обычно называют предимплантационной диагностикой (PGD), используется для анализа эмбриона на предмет специфических генных мутаций, носителями которых являются один или оба родителя и которые они могут передать ребенку. При PGD отбирается и переносится обратно в матку эмбрион без этих мутаций, предотвращая возникновение серьезных генетических дефектов у будущего ребенка.

Но даже если окажется, что у эмбриона имеется какое-либо нежелательное генетическое отклонение, «подкорректировать» природу может помочь развивающаяся технология CRISPR – «генетические ножницы». CRISPR-технология стала настоящей революцией в медицине, и похоже, что вскоре эта технология будет «скальпелем», предупреждающим многие тяжелые наследственные заболевания и патологии.

Правда, сегодняшнее общество не совсем готово использовать эту технологию в репродуктивных целях, относя ее к инструментарию евгеники и опасаясь множества «неизвестных» ее последствий для здоровья будущего ребенка. Полное использование CRISRP в эмбрионе остается табу: три года назад разразился скандал после эксперимента китайского биофизика Хэ Цзянькуя по редактированию генов эмбриона, в результате которого родились первые дети с измененными геномами. Официальные власти заключили его в тюрьму, объявив эксперимент уголовным преступлением, а официальная наука осудила действия Хэ, заявив, что технология редактирования генов была преждевременной для репродуктивного использования.

Двадцать лет назад голливудский блокбастер Gattaca всех поразил своей евгенистической фабулой, но, учитывая динамику развития генетики, можно предположить, что такая игра с судьбой уже становится реальностью.

Прочитайте эту статью на английском.

Понравилось? Подписывайтесь на наш дайджест – в нем мы рассказываем на русском языке о том, что происходит в Бостоне и Массачусетсе, в том числе о медицине, биоинженерии и генетике в разделе Health & Science.

Кстати, немногим более 10 лет назад в Массачусетсе, особенно в Бостоне, был отмечен необычный феномен: рождение близняшек (двойняшек, а то и тройняшек) выросло до 40 случаев на 1000. Отчасти причиной тому были успешные ЭКО, в результате которых после «мульти» подсадки развивалось два и более эмбриона. Но не только это. Забавная статистика приобрела оттенок «эпидемии», когда Массачусетс вышел в лидеры по числу близняшек, обогнав африканский Бенин, где их рождается 28 на 1000: это больше, чем в любой другой стране мира. Узнайте, почему это произошло, а также всё о близнецах и о том, как изменить две жизни.

Пишите или звоните нам, если собираетесь в Бостон, Нью-Йорк или в поездку по Америке по делам, в качестве туриста или на лечение.