Экстракорпоральное оплодотворение

О технологии искусственного оплодотворения, истории применения ЭКО и проблемах развития эмбриона

Роман Шафеи, ПостНаука

Экстракорпоральное оплодотворение – это медицинская технология преодоления бесплодия, при которой оплодотворение яйцеклетки совершается в искусственных условиях вне организма матери. Сам термин переводится с латинского как «оплодотворение вне тела»: extra – ‘вне’, corpus – ‘тело’.

Изначально экстракорпоральное оплодотворение было разработано для преодоления бесплодия у женщин с отсутствием маточных труб. Как правило, трубы отсутствуют после хирургического удаления внематочной беременности. До эпохи ЭКО женщина, пережившая две внематочные беременности, лишенная обеих маточных труб, не имела шансов родить ребенка. Именно по трубам сперматозоиды плывут к яйцеклеткам для оплодотворения. Организовать встречу сперматозоида и яйцеклетки «в пробирке» видилось решением проблемы. Сейчас ЭКО применяют при самых разных формах бесплодия.

История ЭКО

Первая беременность, осуществленная с помощью экстракорпорального оплодотворения, была достигнута в Великобритании в ноябре 1977 года. В результате этой процедуры в 1978 году родился первый в истории Земли человек, зачатый «в пробирке», – девочка Луиза Браун. Сейчас Луиза Браун – взрослая женщина, имеющая двоих детей, зачатых естественным путем. Врачи, которые впервые успешно осуществили ЭКО, признаны основоположниками технологии искусственного оплодотворения – гинеколог Патрика Стептоу и эмбриолог Роберт Эдвардс. В технологии экстракорпорального (или искусственного) оплодотворения всегда участвуют два специалиста: гинеколог и эмбриолог. Гинеколог работает с женщиной, а эмбриолог – с половыми клетками и эмбрионами. За развитие технологии экстракорпорального оплодотворения в 2010 году Роберт Эдвардс получил Нобелевскую премию в области физиологии или медицины.

В СССР рождение первого ребенка после ЭКО произошло в 1986 году. Процедуру ЭКО осуществили в Москве в Центре охраны здоровья матери и ребенка (ныне Научный центр акушерства, гинекологии и перинатологии МЗ РФ) гинеколог Елена Андреевна Калинина и эмбриолог Валентин Алексеевич Лукин. У первого советского ребенка «из пробирки» Елены Донцовой в этом году юбилей – 30 лет. Сейчас она проживает на Украине, является мамой 9-летнего сына, зачатого естественным путем. За прошедшие 30 лет технология ЭКО ушла далеко от своих истоков, и все же она по-прежнему несовершенна. По данным Европейского общества эмбриологии и репродукции человека, лишь 33% пациенток становятся беременными после переноса в матку эмбриона, полученного «в пробирке». Впрочем, в природе вероятность беременности сходная – более 60% эмбрионов человека погибает в течение первых 7 суток развития. В таких случаях не происходит задержки менструации, и женщина не догадывается, что в ее матке присутствовал эмбрион, который погиб. В этом смысле процедура ЭКО нисколько не ущербнее естественного зачатия.

Подготовка женщины

Экстракорпоральному оплодотворению предшествует гормональная подготовка пациентки. В естественных условиях в течение одного менструального цикла женщины созревает лишь одна яйцеклетка, но для эффективной программы ЭКО этого мало. Поэтому с помощью гормональных препаратов врач стимулирует развитие нескольких яйцеклеток. Оптимальным для ЭКО считается количество 6–8 яйцеклеток. Увидеть развивающиеся яйцеклетки в организме женщины невозможно. С помощью УЗИ врач видит растущие фолликулы – шарообразные образования в яичниках, внутри которых содержатся яйцеклетки. Зрелые фолликулы достигают диаметра около 2 см, в то время как яйцеклетка имеет диаметр около 0,1 мм.

Отбор половых клеток

В определенный день происходит забор яйцеклеток – эту процедуру проводят, как правило, под общей анестезией. С помощью шприца с тонкой длинной иглой врач-гинеколог отбирает фолликулярную жидкость и отдает ее специалисту-эмбриологу для поиска яйцеклеток. Увидеть яйцеклетки в фолликулярной жидкости можно только под микроскопом. Найденные яйцеклетки отмывают от фолликулярной жидкости и помещают в чашечки с культуральной средой. Культуральная среда представляет собой раствор множества необходимых физиологических компонентов: солей, сахаров, аминокислот, витаминов, белков – всего около 40 веществ. В такой среде яйцеклетки, сперматозоиды и эмбрионы чувствуют себя «как дома». Чашечку со средой, в которую помещают яйцеклетки (а потом эмбрионы), держат в инкубаторе – специальном шкафу, внутри которого поддерживается температура 37 °С и уровень углекислого газа 6%.

Для искусственного оплодотворения нельзя использовать сперму «как она есть» (специалисты называют это нативной спермой): семенная жидкость испортит среду и погубит яйцеклетки. Необходимо выделить из спермы подвижные сперматозоиды (в сперме любого здорового мужчины большая часть сперматозоидов неподвижна) и перевести их в культуральную среду, очистив от семенной жидкости. Для этого эмбриологи используют многократное центрифугирование с постепенной заменой сред. Полученную суспензию сперматозоидов в среде можно использовать для искусственного оплодотворения.

Методы ЭКО

Собственно экстракорпоральное оплодотворение проводят одним из двух методов. Первый метод называется «инсеминация in vitro» и состоит в следующем: суспензию сперматозоидов добавляют в чашечку с яйцеклетками. Сперматозоиды самостоятельно плывут и оплодотворяют яйцеклетки. Но увидеть процесс проникновения под микроскопом не удается: яйцеклетку облепляют сотни или даже тысячи сперматозоидов, они разрыхляют оболочки яйцеклетки, производя большое количество «мусора». Процесс занимает около двух часов – наблюдать все это время в микроскоп нельзя: яйцеклетки должны находиться в инкубаторе.

Если сперма очень плохая и сперматозоиды неспособны самостоятельно доплыть и оплодотворить яйцеклетки, то применяют второй метод, который называется ИКСИ (от англ. ICSI – intracytoplasmic sperm injection – введение сперматозоида в цитоплазму). При этом методе отбирают под микроскопом самый «красивый» сперматозоид, ловят его с помощью стеклянной иглы и вводят внутрь яйцеклетки – таким образом оплодотворяют. Метод ИКСИ дает более стабильные результаты, поэтому постепенно он вытесняет метод инсеминации in vitro из практики ЭКО.

Метод ЭКО, инъекция сперматозоида внутрь яйцеклетки (wikipedia.org)

О результатах оплодотворения судят на следующий день – только тогда можно будет сказать, успешно ли прошло оплодотворение. Оплодотворенную яйцеклетку называют зиготой – это одноклеточная стадия развития человека. В зиготе должны сформироваться два ядра – мужское и женское (так называемые пронуклеусы). Мужское ядро содержит хромосомы отца, женское – хромосомы матери. Ядра в зиготе появляются спустя 12–15 часов после проникновения сперматозоида в яйцеклетку и остаются видны в течение приблизительно 8 часов. После исчезновения пронуклеусов хромосомы отца и матери объединяются в единую «метафазную пластинку», и с этого момента во всех ядрах будущих клеток эмбриона (а затем и человека) хромосомы отца и матери будут находиться вместе. В этот короткий промежуток (около 8 часов, большая часть которых приходится на ночь), когда видны ядра зиготы, необходимо рассмотреть эмбрионы, чтобы зафиксировать, что оплодотворение прошло успешно. Если в зиготе нет пронуклеусов или видны три пронуклеуса, то такой эмбрион нельзя пересаживать матери.

Развитие эмбриона

На протяжении последующих пяти дней эмбрионы продолжают культивировать в инкубаторе, ежедневно наблюдая за их развитием. Развитие происходит очень быстро, каждый день приносит что-то новое. На второй день после оплодотворения эмбрион состоит из четырех клеток, его размер по-прежнему около 0,1 мм (такой же, как размер яйцеклетки). На третий день количество клеток увеличивается до восьми, но эмбрион не растет – просто клетки становятся мельче. На четвертый день эмбрион состоит уже из 10–20 клеток, но и теперь размер его прежний – около 0,1 мм, а клетки стали еще мельче. Из-за постоянного разделения эмбриона на все мелкие клетки эту стадию развития называют «дробление эмбриона». Эмбриону некогда расти, он не тратит на это время. Его задача сейчас – создать клеточную массу, из которой в последующие дни начнется морфогенез – образование формы тела. Пока эти 10–20 клеток представляют собой бесформенную массу, они все одинаковы по размеру, внешнему виду, биохимическим особенностям и прочим параметрам, но уже завтра, на пятый день, из этой однородной массы клеток начнется процесс «лепки» тела будущего человека. На пятый день количество клеток возрастает до 50–80, эмбрион формирует из них подобие шара – так называемую бластоцисту. Этот шар уже чуть больше по размеру – 0,15 мм, и он имеет внутри так называемый эмбриобласт – особую группу клеток, из которой сформируется тело будущего новорожденного. Как правило, на стадии бластоцисты эмбрион переносят в матку женщине в надежде на то, что он сможет прикрепиться к стенке матки (специалисты называют этот процесс имплантацией). Если оставить эмбрион культивироваться дальше, то на шестые сутки мы увидим, как бластоциста вылупляется из своей белковой оболочки (эта оболочка досталась бластоцисте еще от яйцеклетки). Еще около суток бластоциста может оставаться без блестящей оболочки в чашечке в условиях инкубатора, но, не найдя стенку матки, она погибает.

В матку женщине переносят, как правило, два эмбриона. Это лучшие эмбрионы, отобранные по разным критериям. Но даже перенос двух эмбрионов лишь в трети случаев приводит к беременности. Почему же не наступает беременность при переносе эмбрионов в матку? Как уже было сказано выше, сходная частота беременности показана и для естественных условий зачатия. Около 60% всех беременностей, зафиксированных с помощью анализа крови на хорионический гонадотропин (этот гормон выделяет в кровь матери эмбрион), останавливаются до задержки менструации. Такую беременность можно зафиксировать только методом анализа крови на хорионический гонадотропин. Не проводя такого анализа, женщина не может догадаться о прервавшейся беременности. Эти данные означают, что в естественных условиях около 60% эмбрионов, достигших стадии бластоцисты, не могут осуществить имплантацию и погибают. Почему в природе так устроено? Точного ответа не существует. Мне видится следующая картина: известно, что при формировании половых клеток происходит множество ошибок, большая часть половых клеток человека непригодна для нормального формирования эмбриона. Сперматозоиды при прохождении женских половых путей проходят очень жесткий отбор. Из нескольких десятков миллионов сперматозоидов, попадающих в женское влагалище при половом акте, лишь несколько сотен доплывают до места оплодотворения – маточной трубы. Это один из ста тысяч. В женском организме существуют специальные барьеры, которые сперматозоидам нужно преодолеть, – это прежде всего «истмус» и «цервикс». Яйцеклетки же подвергаются отбору уже после оплодотворения – лишь треть оплодотворенных яйцеклеток способны развиться в бластоцисту, которая сможет имплантироваться в матку, две трети яйцеклеток не могут сформировать нормальный эмбрион и останавливаются в развитии.

Проблемы ЭКО

К сожалению, не всегда по внешнему виду эмбриона можно определить его «потенциал к развитию», который во многом определяется генетической нормальностью эмбриона. В настоящее время существуют методы молекулярной биологии, позволяющие определить «здоровую генетику» у эмбриона. Это так называемая преимплантационная генетическая диагностика, или ПГД. Для осуществления этой процедуры у эмбриона отбирают одну из его клеток (как показано, забор части материала не вредит эмбриону) и проводят анализ ДНК. По результатам такого анализа можно определить, нормальное ли количество хромосом в клетках эмбриона, выявить определенные мутации. К сожалению, из-за технической сложности и высокой себестоимости данная процедура проводится не во всех медицинских центрах и не всякой супружеской паре.

Если в программе ЭКО получено более двух эмбрионов хорошего качества, то часть из них, не отобранных для переноса в матку, можно заморозить с целью хранения. В дальнейшем их могут разморозить и перенести в полость матки для достижения беременности. Это происходит в том случае, если беременность не наступила или же если пациентка уже родила ребенка и хочет родить второго, третьего, четвертого. Замораживание эмбрионов сегодня хорошо отработанная процедура. Выживаемость эмбрионов после размораживания составляет около 96%. Хранение в замороженном виде осуществляют в жидком азоте при температуре -196 °С. Эмбрионы закупоривают в миниатюрные пластиковые трубочки и погружают в жидкий азот, налитый в гигантские термосы – так называемые сосуды Дьюара. Теоретически в таком состоянии эмбрионы могут сохраняться жизнеспособными на протяжении многих сотен, а может быть, даже тысяч лет. Но достоверно показано достижение беременности после переноса в матку размороженного эмбриона, пролежавшего в жидком азоте около 20 лет (США). Эмбрион нельзя погрузить в жидкий азот просто так – это губительно для любой живой клетки. Необходимо предварительно насытить клетки эмбриона так называемыми криопротекторами – веществами, препятствующими образованию кристаллов льда. В настоящее время в качестве криопротекторов обычно используют этиленгликоль, глицерин и диметилсульфоксид.

Согласно данным Российской ассоциации репродукции человека (РАРЧ), в России в 2013 году было проведено около 65 тысяч процедур ЭКО, по результатам которых было достигнуто чуть менее 20 тысяч беременностей, из которых 13,5 тысяч закончились родами. На территории России действует более 200 медицинских центров, осуществляющих процедуру ЭКО. Подробную статистику можно найти на сайте РАРЧ.

Об авторе:
Роман Шафеи – кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник кафедры эмбриологии биологического факультета МГУ. 

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
 28.03.2016