Cтартапы пытаются создать машину для искусственного оплодотворения.
Прошлой весной инженеры из Барселоны упаковали разработанного ими робота для введения спермы и отправили его с помощью сервиса DHL в Нью-Йорк в клинику под названием New Hope Fertility Center, где собрали прибор, установив микроскоп, механизированную иглу, крошечную чашку Петри и ноутбук.
Затем один из инженеров, не имеющий реального опыта в медицине бесплодия, использовал контроллер Sony PlayStation 5 для позиционирования роботизированной иглы. Наблюдая за человеческой яйцеклеткой через камеру, игла самостоятельно продвигалась вперед, проникала в яйцеклетку и выбрасывала один сперматозоид. В общей сложности робот использовался для оплодотворения более десятка яйцеклеток.
Результатом процедуры, по словам исследователей, стали здоровые эмбрионы, а теперь и две девочки, которые, по их словам, являются первыми людьми, родившимися после оплодотворения "роботом".
"Я был спокоен. В тот самый момент подумал: "Это всего лишь еще один эксперимент", - говорит Эдуард Альба, студент-механик, управлявший устройством для впрыскивания спермы.
Компания-стартап, разработавшая робота, Overture Life, утверждает, что ее устройство - это первый шаг к автоматизации экстракорпорального оплодотворения, или ЭКО, который потенциально сделает эту процедуру менее дорогой и гораздо более доступной, чем сегодня.
В настоящее время в лабораториях ЭКО работают квалифицированные эмбриологи, которые зарабатывают до 125 000 долларов в год, чтобы деликатно обрабатывать сперму и яйцеклетки с помощью ультратонких полых игл под микроскопом.
Но некоторые стартапы утверждают, что весь процесс может осуществляться автоматически или почти автоматически. Компания Overture, например, подала патентную заявку, описывающую "биочип" для лаборатории ЭКО в миниатюре, со скрытыми резервуарами, содержащими жидкости для роста, и крошечными каналами для прохода сперматозоидов.
"Представьте себе коробку, в которую попадают сперматозоиды и яйцеклетки, а через пять дней оттуда выходит эмбрион", - говорит Сантьяго Мунне, лауреат премии в области генетики, который является главным инновационным директором испанской компании. Он считает, что если ЭКО можно будет проводить в настольном приборе, то пациентам, возможно, никогда не придется посещать специализированные клиники, где одна попытка забеременеть может стоить 20 000 долларов в США. Вместо этого, по его словам, яйцеклетки пациентки можно было бы подавать непосредственно в автоматизированную систему искусственного оплодотворения в кабинете гинеколога. "Это должно быть дешевле. И если бы любой врач мог это сделать, то так бы и было", - говорит Мунне.
MIT Technology Review выявил полдюжины стартапов с аналогичными целями, с такими названиями, как AutoIVF, IVF 2.0, Conceivable Life Sciences и Fertilis. Некоторые из них берут начало в университетских лабораториях, специализирующихся на технологии миниатюрных лабораторий-на-чипе.
На данный момент компания Overture привлекла наибольшую сумму: около 37 миллионов долларов от инвесторов, включая Khosla Ventures и Сьюзан Войчицки, бывшего генерального директора YouTube.
Больше детей
Главная цель автоматизации ЭКО, говорят предприниматели, проста: сделать гораздо больше детей. Ежегодно в мире с помощью ЭКО рождается около 500 000 детей, но большинство людей, которым нужна помощь в рождении детей, не имеют доступа к лекарствам от бесплодия или не могут их оплатить.
"Как нам перейти от полумиллиона детей в год к 30 миллионам?" - задается вопросом Дэвид Сейбл, бывший врач, специализирующийся на лечении бесплодия, который сейчас руководит инвестиционным фондом. "Никак, если управлять каждой лабораторией, как кухней, сделанной на заказ, а именно такая задача стоит перед ЭКО". Это было 40 лет выдающейся науки и посредственной системной инженерии".
Хотя универсальной машины для лечения бесплодия еще не существует, автоматизация даже таких частей процесса, как введение спермы, замораживание яйцеклеток или вынашивание эмбрионов, может сделать ЭКО менее дорогостоящим и в конечном итоге поддержать более радикальные инновации, такие как редактирование генов или даже искусственные матки.
Но полностью автоматизировать ЭКО будет непросто. Представьте себе попытку создать робота-стоматолога. Зачатие в пробирке включает в себя дюжину процедур, а робот Overture пока выполняет только одну из них, и то частично.
"Концепция необычна, но это еще маленький шаг", - говорит Джанпьеро Палермо, врач-репродуктолог из медицинского центра Weill Cornell, которому принадлежит заслуга в разработке процедуры оплодотворения, известной как интрацитоплазматическая инъекция сперматозоида, или ИКСИ, в 1990-х годах. Палермо отмечает, что исследователи Overture все еще полагаются на некоторую ручную помощь при выполнении таких задач, как загрузка сперматозоида в иглу инжектора. По моему мнению, "это еще не роботизированное ИКСИ", - говорит он.
Другие врачи скептически относятся к тому, что роботы могут или должны заменить эмбриологов в ближайшее время. "Вы берете сперматозоид, помещаете его в яйцеклетку с минимальной травмой, как можно деликатнее", - говорит Зев Уильямс, директор клиники репродукции Колумбийского университета. Пока что "человек намного лучше машины", - говорит он.
Его центр разработал робота, но у него более ограниченная цель: дозирование крошечных капель среды для роста эмбрионов. "Для эмбрионов не очень хорошо, если размер капель разный", - говорит Уильямс. "Создание одинаковых капель снова и снова - вот где робот может проявить себя". Он называет это "малорискованным" способом внедрения автоматизации в лаборатории.
Микроколыбели
Одним из препятствий на пути к автоматизации зачатия является то, что так называемая микрофлюидика - другое название технологии "лаборатория на чипе" - не оправдала надежд.
Джереми Томпсон, эмбриолог из Аделаиды, Австралия, говорит, что всю свою карьеру он посвятил тому, чтобы выяснить, "как сделать жизнь эмбрионов лучше", пока они растут в лабораториях. Но до недавнего времени, по его словам, его эксперименты с микрофлюидными системами давали однозначный результат: "Чушь. Это не работает". Томпсон говорит, что ЭКО остается ручным процессом отчасти потому, что никто не хочет доверять эмбрион - потенциального человека - микроустройству, где он может попасть в ловушку или пострадать от чего-то крошечного, как например пузырек воздуха.
Однако несколько лет назад Томпсон увидел изображения миниатюрной Эйфелевой башни высотой всего один миллиметр. Она была сделана с помощью нового вида аддитивной 3D-печати, при которой световые лучи направляются на затвердевание жидких полимеров. Он решил, что это необходимый прорыв, который позволит ему построить "коробку или клетку вокруг эмбриона".
С тех пор основанная им компания Fertilis привлекла несколько миллионов долларов для печати так называемых прозрачных "капсул" или "микроколыбелей". Идея заключается в том, что после того, как яйцеклетка будет помещено в такую капсулу, с ним можно будет легче обращаться и подключать к другим устройствам, например, к насосам для добавления растворов в небольших количествах.
Внутри одной из капсул Fertilis яйцеклетка находится в микрокамере, но сам контейнер достаточно большой, чтобы взять его маленькими щипцами. Компания Fertilis опубликовала документы, показывающие, что она может замораживать яйцеклетки внутри капсул и оплодотворять их там же, проталкивая сперматозоид иглой.
Человеческая яйцеклетка имеет размер около 0,1 миллиметра в поперечнике - это предел того, что может увидеть человеческий глаз без посторонней помощи. Сейчас, чтобы переместить яйцеклетку, эмбриолог засовывает ее в полую иглу и снова выталкивает. Но Томпсон говорит, что, попав в "колыбели", яйцеклетки могут быть оплодотворены и превратиться в эмбрионы, перемещаясь по станциям роботизированной лаборатории, как по конвейеру. "Вся наша история заключается в минимизации стресса для эмбрионов и яйцеклеток", - говорит он.
Томпсон надеется, что когда-нибудь, когда врачи будут забирать яйцеклетки из яичников женщины, их будут помещать прямо в микроколыбель, а оттуда роботы будут ухаживать за ними, пока они не станут здоровыми эмбрионами. "Это мое видение", - говорит он.
Компания AutoIVF, являющуюся подразделением лаборатории микрофлюидики Массачусетской больницы общего профиля и Гарвардского университета, которая получила более 4 миллионов долларов США в виде федеральных грантов на разработку такой системы сбора яйцеклеток. Она называет свою технологию "OvaReady".
Сбор яйцеклеток происходит после того, как пациентка получает гормональные препараты для лечения бесплодия. Затем врач с помощью вакуумного зонда собирает яйцеклетки, созревшие в яичниках. Поскольку они плавают в жидком мусоре и заключены в защитную ткань, эмбриолог должен вручную найти каждую из них и "раздеть" ее, осторожно очистив стеклянной соломинкой.
Руководитель AutoIVF Эмре Озкумур отказался обсуждать проект, - но его грант и патентные документы позволяют предположить, что компания тестирует устройство, которое может обнаруживать и изолировать яйцеклетки, а затем автоматически очищать их от окружающих тканей, возможно, пропуская их через что-то, напоминающее микроскопическую терку для сыра.
Устройство для отслеживания сперматозоидов
Когда яйцеклетка уже в руках, врачам необходимо подобрать к ней сперматозоид. Чтобы помочь им выбрать правильный вариант, Алехандро Чавес-Бадиола, врач по лечению бесплодия из Мексики, основал компанию IVF 2.0, которая разработала программное обеспечение для ранжирования и анализа сперматозоидов, плавающих в тарелке. Это похоже на программы компьютерного зрения, которые отслеживают спортсменов, когда они бегут, сталкиваются и меняют направления на поле.
Задача состоит в том, чтобы определить здоровые сперматозоиды, оценив их форму и увидев, насколько хорошо они плавают. "Подвижность, - говорит Чавес-Бадиола, - это высшее проявление здоровья и нормальности сперматозоидов". В то время как человек может одновременно следить только за несколькими сперматозоидами, компьютер не сталкивается с таким ограничением. "Мы, люди, умеем направлять свое внимание в одну точку. Мы можем оценить пять или десять сперматозоидов, но вы не можете оценить 50", - говорит Чавес-Бадиола.
В его клинике ЭКО проводится сравнительное исследование спермы, отобранной человеком и компьютером, чтобы выяснить, какая из них приводит к рождению большего количества детей. Пока что компьютер имеет небольшое преимущество.
"Мы не утверждаем, что он лучше человека, но мы утверждаем, что он так же хорош. И он никогда не устает. Человек должен быть хорош в 8 утра, после кофе, после спора по телефону", - говорит он.
Чавес-Бадиола считает, что такое программное обеспечение станет "мозгом, который будет управлять будущими автоматизированными лабораториями". В этом году он продал права на использование своей программы отслеживания сперматозоидов компании Conceivable Life Sciences, еще одной компании по автоматизации ЭКО, создаваемой в Нью-Йорке, где Чавес-Бадиола будет исполнять обязанности директора по продукции. К компании также присоединился Жак Коэн, знаменитый эмбриолог, который когда-то работал в британской клинике, где в 1978 году родился первый ребенок в результате ЭКО.
Компания Conceivable планирует создать "автономную" роботизированную рабочую станцию, которая сможет оплодотворять яйцеклетки и выращивать эмбрионы, и надеется продемонстрировать все основные этапы в этом году. Но Коэн допускает, что автоматизация может занять некоторое время, чтобы стать реальностью. "Это будет происходить шаг за шагом", - говорит он. "Даже вещи, которые кажутся очевидными, требуют 10 лет, чтобы стать привычными, и 20 лет, чтобы стать обычными".
Инвесторы, стоящие за компанией Conceivable, считают, что они могут получить прибыль за счет расширения использования ЭКО. Почти наверняка индустрия ЭКО может вырасти в пять или 10 раз по сравнению с нынешними размерами. В США таким образом рождается менее 2% детей, но в Дании, где эта процедура бесплатна и поощряется, этот показатель приближается к 10%.
"Это и есть истинный спрос", - говорит Алан Мюррей, предприниматель с опытом работы в области программного обеспечения и совместных рабочих мест, который вместе со своим деловым партнером Джошуа Абрамом стал соучредителем компании Conceivable. "Проблема в том, что эти замечательные богатые и эксцентричные страны могут это сделать, а остальной мир - нет. Но они продемонстрировали истинную человеческую потребность", - говорит он. "То, что они сделали с помощью денег, мы должны сделать с помощью технологий".
По оценкам Мюррея, средний ребенок, рожденный в результате ЭКО в США, стоит 83 000 долларов, если учитывать неудачные попытки, которые случаются довольно часто. Он говорит, что цель его компании - снизить стоимость на 70%, что, по его словам, может произойти при увеличении числа успешных попыток.
Но не факт, что роботы снизят стоимость ЭКО или что любая экономия будет перенесена на пациентов. Рита Васена, советник компании Conceivable и генеральный директор компании Fecundis, специализирующейся на репродукции, говорит, что в этой области есть история внедрения инноваций, которые не привели к заметному увеличению числа беременностей. "Наблюдается тенденция к нагромождению тестов и технологий... вместо того, чтобы действительно попытаться убрать препятствия для доступности", - говорит она.
Миры будущего
Прошлой осенью исследователи из Overture и врачи из New Hope опубликовали результаты 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 ребенка уже родились, говорит Дженни Лу, координатор по донорству яйцеклеток в New Hope. Журналистам удалось поговорить с отцом одного из детей.
"Это удивительно, не правда ли", - сказал отец, который попросил не называть его имени. "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 при роботизированной инъекции использовались донорские яйцеклетки, которые были предоставлены пациентам бесплатно (в других случаях их стоимость может составлять 15 000 долларов). В каждом случае после оплодотворения и выращивания эмбрионов они были имплантированы в матку пациентки.
Донорские яйцеклетки чаще всего используются, когда пациентка старше 40 лет и не может забеременеть другим способом.
Поскольку автоматизация не решит напрямую проблему старения яйцеклеток, лаборатория ЭКО "в коробке" не устранит эту трудноразрешимую причину неудач в лечении бесплодия. Однако автоматизация может позволить врачам начать точно измерять то, что они делают, что позволит им более точно настроить свои процедуры. Даже небольшое увеличение показателей успешности может означать десятки тысяч дополнительных детей каждый год.
Кэтлин Миллер, главный научный сотрудник Innovation Fertility, сети клиник на юге США, говорит, что ее центры сейчас используют системы компьютерного зрения для изучения видеозаписей растущих эмбрионов и пытаются понять, объясняют ли какие-либо данные, почему одни становятся детьми, а другие нет. "Мы вводим это в модели, и вопрос стоит так: "Расскажите мне то, чего я не знаю", - говорит она.
"Мы увидим эволюцию того, кем является эмбриолог", - прогнозирует Миллер. "Сейчас это технические специалисты, но в будущем они станут специалистами по обработке данных".
Некоторые сторонники автоматизации ЭКО считают, что их ждет еще более фантастическое будущее. Отдав зачатие в руки машин, автоматизация может ускорить внедрение все еще спорных методов, таких как редактирование генома или передовые методы создания яйцеклеток из стволовых клеток.
Хотя Мунне говорит, что компания Overture Life не планирует изменять генетический состав детей, он допускает, что использование робота, впрыскивающего сперму, для этих целей не составит труда, поскольку он может вводить в яйцеклетку точное количество химических веществ для редактирования генома. "Это должно быть очень легко добавить к машине", - говорит он.
На горизонте маячит еще более интересная технология. Машины для оплодотворения могут постепенно превратиться в искусственные матки, в которых дети будут вынашиваться в научных центрах до рождения. "Я верю, что мы к этому придем", - говорит Томпсон. "Есть убедительные доказательства того, что то, что мы считали невозможным, не так уж и невозможно".
Другие представляют, что в конечном итоге роботы могут быть запущены в космос с яйцеклетками и сперматозоидами, находящимися в стеклянном состоянии стазиса. После тысячелетнего путешествия на далекую планету такие машины могут загрузиться и создать новое общество людей.
Все это является частью цели - создать больше людей, и не только здесь, на Земле. "Есть люди, которые считают, что человечество должно стать межпланетным видом, а человеческой жизни не хватит, чтобы добраться до этих миров", - говорит Чавес-Бадиола. "Часть работы ученого заключается в том, чтобы продолжать мечтать".
