Система, разработанная Аланом Флэйком и его коллегами из Детского госпиталя в Филадельфии, состоит из закрытого контейнера, заполненного постоянно циркулирующим искусственным аналогом амниотической жидкости, и оксигенатора, с которым кровеносная система плода внутри устройства соединена через пуповину. Идея ученых состояла в том, чтобы, в отличие от аналогичных разработок, максимально приблизить свою «искусственную матку» по условиям и процессам, которые в ней происходят, к реальной матке.
В статье авторы заявляют, что «ягнята, с точки зрения уровня развития эквивалентные недоношенным детям на 23−24 неделе (на этом сроке шанс выживания ребенка ученые оценивают в 30—50% — прим. „Чердака“), могут пребывать в такой искусственной матке до четырех недель», развиваясь нормально. На пресс-брифинге Флэйк отметил, что срок в четыре недели был ограничен не принципиальными возможностями системы, а протоколом эксперимента. Всего ученые успешно вырастили в прототипах системы шесть ягнят.
«Все параметры развития, которые мы измеряли для этих ягнят, в норме, и этим наша разработка отличается от других подобных систем», — заявил на брифинге Флэйк.
Соавтор исследования Эмили Партридж пояснила, что в первую очередь недоношенные дети страдают от недоразвитости их легких, которым слишком рано приходится дышать воздухом, — в утробе легкие ребенка заполнены жидкостью, и разработанная учеными «искусственная матка» имитирует это состояние. Кроме того, в отличие от обычных систем ухода за недоношенными детьми она поддерживает закрытую стерильную среду, защищая плод от патогенов внешней среды.
Система работает без насоса по аналогии с реальной плацентой: сердце плода само прогоняет кровь через оксигенатор, насыщающий ее кислородом и удаляющий углекислый газ. На «переключение» недоношенного младенца, рожденного путем кесарева сечения, от материнской плаценты к устройству, по оценкам медиков, потребуется всего около полутора минут, с чем организм плода вполне справится.
Часть ягнят после нахождения в «матках» усыпили, чтобы детально изучить, как искусственная среда повлияла на развитие их мозга, легких, нервной и кровеносной систем и так далее. Оставшиеся животные и после окончания эксперимента продолжили развиваться нормально. «Мы выкормили их из бутылочек, вырастили, они достаточно хорошо развиты и, по-моему, довольно умны… Самому старшему из них сейчас около года», — сказал Флэйк. Партридж добавила, что сейчас этот молодой баран живет на ферме в Пенсильвании.
Ягнята в исследовании использовались как проверенные модельные организмы для исследований внутриутробного развития. Одно принципиально важное для этого исследования различие между овцами и людьми состоит в том, что у нерожденных ягнят раньше созревает так называемый зародышевый, или герминальный, матрикс, очень важная и уязвимая часть мозга, в которой в процессе его развития формируются нейроны и глиальные клетки. Кровоизлияние в этой части мозга — одно из самых распространенных осложнений у сильно недоношенных детей.
Отвечая на вопрос о том, насколько их система в связи с этими обстоятельствами может быть применима для людей, Флэйк отметил, что одной из возможных причин таких кровоизлияний у младенцев считается механическая вентиляция легких, которая в их системе как раз исключена.
Другое последствие, связанное с использованием искусственных систем циркуляции крови, — образование тромбов, и здесь ученый подчеркнул, что они не зафиксировали ни одного такого случая, используя при этом минимальные дозы разжижающего кровь гепарина. В будущем более совершенные версии такой «искусственной матки», вероятно, смогут вообще обходиться без гепарина, что еще сильнее снизит риски кровоизлияний. Кроме того, ученые пока не знают, насколько кровеносные сосуды в пуповине ягнят похожи по своим свойствам на человеческие — это тоже предстоит выяснить в дальнейших исследованиях.
«Конечно, нам потребуется время и дополнительные тестирования на животных, прежде чем можно будет говорить об эффективности такой системы для людей. Сейчас мы вместе с FDA (Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов — прим. „Чердака“) разрабатываем план доклинического исследования животных, которое мы рассчитываем провести в ближайшие два-три года», — сказал Флэйк. В медицинскую практику такие устройства, по его оценкам, могут попасть уже через 10 лет.
Использовать эту систему для еще более недоношенных ягнят или детей, до эквивалента 22−23 недели, скорее всего, не получится — это будет связано со слишком большими рисками для недостаточно развитого плода. Ученые предполагают, что в их системе недоношенные дети смогут развиваться до 28 недель, после которых прогнозы значительно улучшаются.
«Речь не идет о том, что недоношенные дети будут рядами висеть в мешках на стене. Мы рассчитываем, что в будущем это устройство будет похоже на обычный непрозрачный инкубатор, возможно с камерами, для того чтобы родители могли видеть, как дышит и развивается их ребенок, а он сможет слышать их голоса. Мы постараемся сделать эту систему более „дружелюбной“, в том числе для родителей, а ситуацию — менее стрессовой, чем нахождение ребенка в дискомфорте типичного инкубатора», — подчеркнул ученый.
Исследование опубликовано в журнале Nature Communications:
https://www.nature.com/articles/ncomms15112
