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

Человеческие эмбрионы in vitro

Прогресс, который привел к культивированию эмбрионов в лабораторных условиях, случился еще в середине двадцатого века. Первый доклад об оплодотворении человеческой яйцеклетки вне организма был сделан в 1944 году Джоном Роком, работавшим вместе с Мириам Менкин [5]. Это основополагающее исследование позволило предположить, что беременность посредством ЭКО возможна и у людей. Однако прошло еще пятнадцать лет, прежде чем в 1959 году Мин Чу Чанг из Вустерского Фонда экспериментальной биологии в Шрусбери, штат Массачусетс, добился первого успеха в получении потомства от млекопитающих путем ЭКО. Чанг оплодотворил in vitro яйцеклетку самки черного кролика сперматозоидом черного самца и подсадил эмбрионы самке белого кролика, что привело к рождению черных крольчат [6].

Одной из ключевых фигур в истории с первой беременностью посредством ЭКО является британский физиолог Роберт Эдвардс, который изначально проводил исследования на мышах, а потом заинтересовался созреванием человеческих яйцеклеток и хромосомными аномалиями [7].

В поисках человеческих яйцеклеток, необходимых для экспериментов в Кембридже, Эдвардс познакомился с Молли Роуз, гинекологом Эдгвардской главной больницы в Лондоне, которая следующие десять лет предоставляла ему образцы биопсий яичников [8]. Он искренне хотел разработать методику лечения женщин с непроходимостью маточных труб, препятствующей попаданию яйцеклеток из яичников в матку, где происходит оплодотворение. Пока другие врачи занимались поиском хирургических способов лечения, Эдвардс считал, что ЭКО является новым мощным средством лечения бесплодия.

В 1968 году Эдвардс познакомился с акушером-гинекологом Патриком Стептоу, который впервые применил минимально инвазивные лапароскопические операции в гинекологической практике, и они решили сотрудничать. Перед тем как забрать яйцеклетки у пациенток, они стимулировали их выработку гормональными препаратами. Затем в один прекрасный день Эдвардс попытался культивировать оплодотворенные человеческие яйцеклетки в питательной среде для хомяков, созданной студентом Барри Бавистером, который работал в том же здании в Кембридже дальше по коридору [9]. Эксперимент удался. После ужина они проверили бавистерскую питательную среду и увидели множество стадий развития человеческих эмбрионов. Позже Эдвардс будет упоминать об этом, как о «том фантастическом вечере». В декабре 1968 года Эдвардс вместе с Бавистером и Стептоу представили в Nature статью, описывающую первое успешное ЭКО человека [10]. (Еще тогда он осознал далеко идущие последствия и в 1971 году поднял связанные с ЭКО этические и правовые вопросы [11].)

Однако первая беременность путем ЭКО случилась не в Соединенном Королевстве, а в Австралии в 1973 году, о чем сообщила команда Университета Монаша и Университета Мельбурна. Попытка закончилась выкидышем на ранней стадии [12]. Два года спустя команда из Кембриджа доложила о внематочной беременности в результате ЭКО. До 1977 года Эдвардса и Стептоу преследовали пять лет неудач. Их заявку на финансирование отклонили, предложив сначала провести эксперименты на приматах, как всегда бывает при попытках получить грант на проверку смелых идей [13]. Благодаря разработанному в Японии тесту на овуляцию Эдвардс и Стептоу решили отказаться от химического коктейля для стимулирования производства яйцеклеток и доверились менее продуктивному естественному циклу [14].

К тому моменту Лесли и Джон Браун отчаянно хотели ребенка и думали, что им поможет операция по восстановлению проходимости маточных труб. Лесли направили к Стептоу. Как потом вспоминала Лесли, «он предупредил, что это еще ни разу не сработало, но я не желала ничего слышать». В 1977 году Стептоу и его команда решили вновь попытать счастья на Лесли и еще двух женщинах. «Они нашли единственную яйцеклетку, и это была Луиза». К тому времени Стептоу и Эдвардс вдвое сократили срок культивирования эмбриона, позволив ему развиваться до стадии восьми клеток, прежде чем пересадить будущей матери. Получившаяся беременность стала сенсацией.

В июле 1978 года у Лесли развилась легкая преэклампсия, которая могла повлиять на беременность. Стептоу понял, что больше ждать нельзя, и вместе с акушером-гинекологом Джоном Уэбстером решил провести кесарево сечение. И в полночь 25 июля 1978 года на свет появилась Луиза Браун. На следующий день после второй фантастической ночи по миру разлетелась новость о первом ребенке, родившемся с помощью ЭКО. Луизу объявили «ребенком столетия» [15].

Ее рождение снизило беспокойство ученых и обеспечило еще больший успех, а также поддержку ЭКО со стороны Совета медицинских исследований [16]. Но разрешили бы Эдвардсу проводить подобное исследование в наши дни, с сегодняшними законами и рекомендациями? Вполне возможно, что нет. За каждым его экспериментом стояла пара, готовая пойти на риск инвазивной процедуры ради сильного желания иметь ребенка, в то время как коллеги скептически воспринимали его намерения и даже боялись, что все закончится катастрофой вроде создания эмбриона с аномалиями развития [17].

За новаторской попыткой ЭКО стояли не только Эдвардс и Стептоу, но и многие другие люди. Была добрая воля сестринского персонала под руководством Мюриэл Харрис, суперинтенданта операционной в Королевской больнице Олдхема, а также в Олдхемской и окружной больнице общего профиля, вместе с Джин Парди, которую Эдвардс нанял в 1968 году в качестве технического ассистента и которая помогла провести это исследование [18]. Десятки лет спустя Эдвардс сошлется на Парди, когда скажет, что «изначально было не два, а три первопроходца ЭКО» [19].

Кроме того, важно отдать должное всем женщинам, которые согласились подвергнуться экспериментальному ЭКО. За десять лет ведения записей в ходе экспериментов были зарегистрированы 262 анонимные женщины, 457 попыток извлечения яйцеклеток, 331 попытка оплодотворения и 221 эмбрион. Итогом были лишь пять беременностей и два случая успешных родов. Об этих женщинах следует помнить и сегодня, когда ЭКО, пускай по-прежнему далеко не легкая, зато вполне рутинная процедура.

Регулирование ЭКО

Первое рождение человека с помощью ЭКО незамедлительно переместило репродуктологию из лабораторий в клиники и вызвало множество проблем. Едва утихла эйфория от появления на свет Луизы Браун, как пробудилось беспокойство по поводу выращивания человеческих эмбрионов ради экспериментов. Существовало мнение, что с учетом непредсказуемых результатов имплантации искусственно зачатых эмбрионов несовершенные экземпляры будут отбраковываться.

В общих чертах, пока общество радовалось, что ЭКО может справиться с бесплодием, люди переживали по поводу необходимости уничтожения эмбрионов. Они впали в смятение после того, как Эдвардс признался в одном документальном фильме, что проводил эксперименты на непригодных к повторной имплантации эмбрионах, поскольку «они могли предоставить сведения о ранней человеческой жизни» [20].

Формировать общественное мнение по поводу широкомасштабных последствий рождения Луизы Браун, по сей день влияющее на исследования эмбрионов человека, пришлось двум выдающимся женщинам — Мери Варнок и Энн Макларен.

Британское правительство в ходе публичного расследования ЭКО решило не полагаться на ученых-экспертов и для консультирования министров пригласило в 1982 году Варнок, которая в то время была философом и педагогом в Оксфордском университете. Она не считала себя особенно оригинальным философом, однако была полна решимости высказать свое мнение [21]. Варнок испытывала к публике огромное уважение и полагала, что люди «имеют право знать и даже контролировать» профессиональную практику [22].

Варнок попросили, чтобы ее комитет рассмотрел достижения науки и медицины в сфере репродукции и эмбриологии и порекомендовал по этому поводу какие-нибудь социальные, этические и юридические меры. Но Варнок не особенно разбиралась в вопросах раннего онтогенеза и пригласила Энн Макларен. Будучи прирожденным учителем, Энн сыграла решающую роль. Впоследствии Варнок скажет, что «без нее, возможно, и не справилась бы».

В первый год обсуждений Варнок и ее комитет пришли к выводу, что самые серьезные моральные вопросы вызывают именно методы ЭКО [23]. Первостепенная проблема состояла в том, чтобы установить, когда эмбрион приобретает моральный статус, обязывающий не причинять ему намеренного вреда. С учетом этого в докладе рекомендовалось взять эмбрионы под защиту и только при наличии лицензии разрешать их использование в экспериментах. На мой взгляд, подобная мера необходима и в наши дни.

Но как долго можно культивировать эмбрионы человека в лаборатории? В истории человеческой жизни нет ни одной главы, которая была бы важнее других глав, поскольку наше развитие — это непрерывный процесс самоорганизации. Энн Макларен посоветовала установить в качестве предела срок в четырнадцать дней после оплодотворения, когда человеческий эмбрион начинает формировать первичную полоску (структуру для миграции клеток, строящих собственно эмбрион), а также закладывать оси «голова — ноги» и «спина — живот», шаг за шагом превращаясь в ребенка.

Этот период — важная веха онтогенетического развития [24]. Клетки мигрируют вдоль первичной полоски во время процесса, называемого гаструляцией, когда эмбрион принимает форму овального диска, содержащего три «генеративных слоя клеток»: энтодерму, которая создает желудочно-кишечный и дыхательный тракт; мезодерму, которая формирует сердце, соединительные и мышечные ткани; и эктодерму, из которой образуется нервная система и эпителиальный слой кожи, покрывающий эмбрион.

Энн настаивала на использовании термина «пре-эмбрион» до срока четырнадцати дней, чтобы подчеркнуть отличия от более позднего, сложного организма — собственно эмбриона. Помню, я поспорила с Энн по поводу этой идеи, потому что она мне не нравилась, как и Мери Варнок, переживающей, как бы люди не начали возмущаться, что «мы превращаем допустимость экспериментального использования человеческих эмбрионов в терминологическое жонглирование» [25].

Говоря упрощенно, ранний эмбрион можно представить как «родителя» первых трех типов стволовых клеток, один из которых будет творить новую жизнь при поддержке двух остальных. Способность раннего эмбриона к гаструляции и, что важно, к самоорганизации в сложную структуру настолько выдающаяся, что термин «пре-эмбрион» умаляет его значимость. Я чувствовала, что «эмбрион» — гораздо более подходящий термин, воплощающий все эти невероятные способности к росту и трансформации.

Поначалу в качестве крайнего срока выращивания человеческих эмбрионов для исследований было принято начало гаструляции. Но Мери Варнок хотела установить однозначный временной лимит (четырнадцать дней), а не стадию развития, которую можно по-разному интерпретировать в случае поздно развивающихся эмбрионов. Таким образом, комитет Варнок обозначил шкалу, по которой моральная ценность эмбриона возрастает вместе с его биологическим развитием, то есть очень поздний эмбрион больше похож на ребенка, чем ранний, а поздний выкидыш более огорчителен, чем ранний, о котором женщина может даже не знать [26].

Хотя ранний эмбрион не является человеком, я уверена, что он заслуживает защиты, и я полностью осознаю, что найти баланс между этой защитой и научными исследованиями не так-то просто. Замечание, сделанное Мери Варнок в начале доклада несколько десятилетий назад, по сей день остается актуальным: «Поднятые проблемы затрагивают фундаментальные вопросы морали и зачастую религии, и эти вопросы на протяжении веков не дают философам покоя. Невозможно, чтобы доклад, подобный этому, был одинаково хорошо принят во всех кругах, учитывая некоторые спорные темы, которые нам пришлось рассматривать. Обязательно посыплется критика, что мы перешли все границы или, наоборот, не дошли... Короче говоря, мы изо всех сил старались учесть аспекты как публичной, так и частной морали» [27].

Сегодня доклад Британского комитета по расследованию вопросов оплодотворения и эмбриологии человека 1984 года, больше известный как доклад Варнок, считается образцовым примером анализа этических аспектов ЭКО и искусственного зачатия с помощью донорской яйцеклетки и донорского эмбриона, а также суррогатного материнства, заморозки мужских и женских половых клеток, выбора пола и использования человеческих эмбрионов в исследованиях.

В своем докладе Мери Варнок искала способы примирить тех, кто считал ранний эмбрион человеком, с теми, кто рассматривал его как набор клеток. Однако доклад восприняли неоднозначно. Пожалуй, самым яростным ее оппонентом был главный раввин Иммануил Якубович, раз за разом атаковавший рекомендации комитета. В результате в Times вышла статья под заголовком «Варнок разрушает мораль» [28]. Она вспоминала с иронией, в каком восторге от этого заголовка был Джеффри, ее муж и коллега-философ, позже ставший вице-канцлером Оксфордского университета.

В шестилетний период между этим докладом и парламентскими дискуссиями Мери Варнок и Энн Макларен «гастролировали» по стране, разъясняя свои соображения. В конце концов, когда был поднят юридический вопрос, парламентарии оказались перед выбором: запретить любые исследования эмбрионов или разрешить их при определенных обстоятельствах. К тому времени общественные дебаты перешли к новой теме, сфокусировавшись теперь на возможностях приспособить ЭКО к скринингу эмбрионов, выявляющему наличие генетических заболеваний [29]. Осознавая эти возможности, парламентарии разрешили проведение ЭКО и экспериментов, но законодательно запретили культивировать или использовать эмбрионы по истечении четырнадцатидневного срока.

Таким образом, Мери Варнок создала консенсус между публикой, СМИ, парламентариями и учеными по поводу регулирования этой деятельности. Великобритания по-прежнему соблюдает рекомендации ее комитета, закрепленные Законом об оплодотворении и эмбриологии человека 1990 года. Варнок как-то обмолвилась, что если она впадет в уныние, то непременно взбодрит себя мыслями об этом докладе: «По крайней мере, я это сделала».

С годами, когда общественность и органы, финансирующие науку, осознали потенциальную пользу ЭКО в борьбе с бесплодием, от которого страдают более 10% пар, первоначальное отвращение к «неестественным» детям из пробирки сменилось одобрением. В 2010 году Эдвардс (Стептоу умер в 1988-м) был награжден Нобелевской премией в знак признания его роли в развитии ЭКО.

Сегодня процедура ЭКО распространена во всем мире, и благодаря ей родились как минимум шесть миллионов детей (а может, и больше). В противном случае этих людей не было бы на свете вместе с примерно двенадцатью миллионами счастливых родителей, двадцатью четырьмя миллионами гордых бабушек и дедушек, а также прабабушек и прадедушек (среди которых сама Варнок), и вдобавок десятью и более миллионами друзей и родственников [30].

Методика ЭКО неоднократно совершенствовалась. Сегодня, например, сперматозоид можно вводить прямо в яйцеклетку в чашке Петри, а генетические тесты можно выполнять с использованием всего нескольких клеток, извлеченных из эмбриона для отбора экземпляров без генетических аномалий. Прогресс в этой области за последние сорок лет просто поразительный.

Существуют ли на сегодняшний день альтернативы использования человеческих эмбрионов в лабораторных исследованиях? С учетом важных отличий в развитии мыши (самая распространенная модель для изучения эмбрионов млекопитающих) и человека для полного понимания нашего собственного развития работа с человеческими эмбрионами незаменима.

И все же мы действительно должны уважать и защищать этот драгоценный ресурс. Например, из 763 509 эмбрионов, созданных в результате ЭКО с 1991 по 1998 год в Великобритании, 238 000 были уничтожены как непригодные к переносу [31]. Прагматики настаивают, что лучше не выбрасывать, а использовать этот важный ресурс для получения научной информации (но только при наличии информированного согласия родителей).

Надо ли пересматривать четырнадцатидневный лимит?

В декабре 2016 года моя команда опубликовала исследование, в котором описывалось культивирование человеческого эмбриона в лабораторных условиях семь дополнительных дней, до тринадцатого дня. В тот же месяц меня пригласили выступить на конференции в Лондоне, которую устроила организация Progress Educational Trust, разъясняющая общественности суть эмбриологических исследований. На конференции выступала и Мери Варнок по теме «Переосмысление этических аспектов эмбриональных исследований: геномное редактирование, 14 дней и дольше». Там мы и познакомились.

Как она позже признается в интервью с Роджером Хайфилдом, для нее стал сюрпризом тот факт, что понадобилось больше тридцати лет на разработку методов культивирования эмбрионов в течение периода, близкого к четырнадцати дням, рекомендованным в ее докладе 1984 года. Возможно, это говорило о том, насколько мало она была знакома с научными подробностями. В биологии человека есть важный этап, который делает культивирование человеческого эмбриона дольше одной недели особенно трудным. В течение этой первой недели человеческий эмбрион не увеличивается в размерах, только дробится на все более мелкие клетки, плавая в фаллопиевой трубе — среде, которую относительно легко сымитировать в лабораторных условиях. Через неделю после оплодотворения развивающийся эмбрион имплантируется в матку, чтобы прочно в ней закрепиться.

И лишь тогда эмбрион, лелеемый материнскими гормонами и факторами, начинает расти. Таким образом, это гораздо более сложная и насыщенная среда, которую, как показала практика, труднее воспроизвести в лабораторных условиях. Но раз нам это удалось, мы могли бы выяснить, как человеческий эмбрион растет и формирует отдельные ткани (эпибластный диск, амнион и гипобласт), которые начинают взаимодействовать. Тем не менее дискуссия на конференции в Лондоне была посвящена и этическим вопросам, поднятым этим исследованием: если возможно культивировать человеческий эмбрион дольше четырнадцати дней, насколько это позволительно с этической точки зрения?

Я вошла в лекционный зал Института детского здоровья (Университетский колледж Лондона) ровно в тот момент, когда Мери Варнок поднялась, чтобы обсудить правило четырнадцати дней и возможность его пересмотра в свете нашего технологического прорыва. Она согласилась, что да, продление срока позволило бы получить огромное количество информации, но нет, требовать продления слишком рано, ведь мы всего лишь приблизились к этому пределу.

В своей речи она, как и я, утверждала, что обществу нужно время, чтобы понять суть того, почему ученые могут и хотят культивировать эмбрионы еще дольше. В конце концов, понадобилось шесть лет, чтобы рекомендации из доклада 1984 года перешли в закон 1990 года, и за это время публика привыкала к самой идее экспериментирования на человеческих эмбрионах. Исследования, проведенные между седьмым и четырнадцатым днями развития эмбриона, предоставят новые сведения о причинах ранних выкидышей или способах профилактики или лечения расстройств, появляющихся в этот период. Они могут повысить эффективность ЭКО, позволив ученым идентифицировать маркеры успешного развития эмбриона, лучше разобраться в причинах его ранней потери во время беременности, глубже исследовать влияние на эмбрион лекарств, нездорового образа жизни или токсичных соединений, а также раскрыть механизмы развития некоторых аномалий развития, от врожденного порока сердца до биохимических и хромосомных нарушений. Необходимое для этой работы время предоставит обществу передышку и поможет ему решить, насколько ценны такие исследования и оправдывают ли они внесение изменений в существующее законодательство.

На момент написания этой книги многие полагали, что ради научного и терапевтического прогресса можно продлить срок культивирования эмбрионов на неделю или около того. Однако для установления нового предела надо тщательно очертить этические рамки, как поступила Мери Варнок десятки лет назад.

За четырнадцатидневным пределом существует несколько точек, через которые можно провести новую черту. Одна из них — самые ранние зачатки центральной нервной системы (формирование нервной трубки), появляющиеся примерно на двадцать первый день, то есть более чем через семь дней после образования первичной полоски (заметьте, что способность чувствовать боль возможна только при наличии связей с корой головного мозга, которые устанавливаются лишь на двадцать четвертой неделе беременности) [32]. Другая возможная граница — раннее развитие сердца эмбриона, которое представляет собой первый сформированный и функционирующий орган, появляющийся между шестнадцатым и двадцать четвертым днями, то есть почти через десять дней после образования первичной полоски [33].

Эта дискуссия имеет отношение к тому, что я думаю о любом изучаемом мною живом существе. Каждый в моей лаборатории обучен проявлять уважение к ранним мышиным эмбрионам. У меня есть правило, согласно которому специальные совещания, семинары, кофе-паузы и другие отвлекающие факторы обязаны ждать, пока не закончится эксперимент с мышиными эмбрионами и их не вернут в безопасную среду инкубатора, где они продолжат развиваться, словно в теле матери. И горе любому в моей лаборатории, кто не относится к жизни с уважением.

Никаких скользких путей

Двадцать пятого июля 2018 года мой соавтор Роджер Хайфилд помог организовать и отпраздновать сорокалетие Луизы Браун на серии мероприятий в Лондонском музее науки, где собралось около трех с половиной тысяч человек [34]. Сама Луиза появилась вместе с ним в музейном театре и была почетным гостем на специальной вечеринке, проходившей в том же музее на выставке «ЭКО: шесть миллионов детей спустя».

На вечеринке было примерно две сотни человек, включая Дженни Джой, дочь Роберта Эдвардса; Грейс Макдональд, маму второго ЭКО-ребенка; Мартина Джонсона, бывшего аспиранта Роберта Эдвардса и почетного профессора репродуктологии в Кембриджском университете, вдохновившего меня своими исследованиями клеточной полярности; Кея Элдера, клинического ассистента Патрика Стептоу; Джона Уэбстера, который помогал Луизе появиться на свет; множество тех, кто родился с помощью ЭКО; специалистов по репродукции и многих других. Было очевидно, что ЭКО принесло счастье многим людям, и это благодаря заверениям, полученным публикой и пациентами от Управления по оплодотворению и эмбриологии человека — первого в мире органа власти, регулирующего лечение бесплодия и исследования эмбрионов, который был создан усилиями Мери Варнок.

Лимит, закрепленный в правиле четырнадцати дней, существует уже больше тридцати лет, и для его изменения, безусловно, понадобится решение обеих палат парламента. Хотя четырнадцатидневный лимит никогда не удовлетворял всем взглядам и ценностям общества, он бесспорно способствовал научному прогрессу, одновременно сохраняя доверие публики как к научным исследованиям, так и к системе регулирования. Теперь, когда настало время пересмотреть лимит, мы можем сделать это и не бояться, что перемены вызовут хаос.

Однако мы не должны считать Великобританию эталоном добра и справедливости, ведь в разных странах свои культурные нормы, ценности и представления о риске и выгоде, и нам придется к ним прислушиваться. Не следует и уклоняться от дебатов, поскольку это может привести к еще большим ограничениям научных исследований.

Исследования человеческих эмбрионов затрагивают вековые моральные устои и поднимают глубокие вопросы. Все это Бен Херлблат, профессор Школы естественных наук при Аризонском университете и мой друг, описал в своей превосходной и проницательной книге Experiments in Democracy: Human Embryo Research and the Politics of Bioethics («Эксперименты с демократией: исследования человеческих эмбрионов и биоэтика») [35]. По его словам, это вопрос не только морального статуса эмбриона, но и человеческой целостности и идентичности, — проводятся ли исследования надежно, продуманно и публично или же плохо, на скорую руку и за закрытыми дверями? Не могу с ним не согласиться.

Я верю во взвешенный подход, позволяющий проводить исследования в полном соответствии с нашими ценностями и под руководством нашего проверенного на практике регулятивного потенциала; иначе мы дорого за это заплатим. Мы рискуем лишить будущие поколения ценной терапевтической и гуманитарной пользы, поскольку ничего не делать — это хуже, чем искать возможности делать добро.

Что касается моих исследований, то новый метод более продолжительного культивирования эмбрионов позволил нам задаться вопросом: что происходит, когда некоторые клетки эмбриона развивают аномальный набор хромосом? Так называемая мозаичная анеуплоидия — не редкость для ранних эмбрионов, и важно понять, насколько она несовместима с нормальным развитием [36]. Существовало много гипотез. Возможно, анеуплоидные клетки не создают проблем и остаются незамеченными. Или направляются в основном в ту часть эмбриона, которая превращается в плаценту или желточный мешок, где такие аномалии допустимы. А может, эти клетки используются в создании эмбриона и ликвидируются лишь в той его части, которая развивается в плод? Я очень надеялась ответить на все эти вопросы. Кроме любопытства, мною двигало и осознание того, что любые сведения помогут огромному количеству пар, которые, как я, столкнулись с результатами пренатального теста, показавшего, что их развивающийся эмбрион может иметь аномальное число хромосом.