Медицинские микророботы в репродуктивной медицине от стенда до клиники

Nature Communications, том 14, номер статьи: 728 (2023) Цитировать эту статью

5080 Доступов

4 цитаты

15 Альтметрика

Подробности о метриках

Медицинская микроробототехника — это новая область, целью которой является неинвазивная диагностика и терапия внутри человеческого тела с помощью миниатюрных датчиков и исполнительных механизмов. Такие микророботы могут быть привязанными (например, «умные» микрокатетеры, микроэндоскопы) или непривязанными (например, клеточные системы доставки лекарств). Активное движение и множественные функциональные возможности, отличающие микророботов от простых пассивных носителей и обычных наномедицин, могут быть достигнуты посредством внешнего управления с помощью физических полей, таких как магнетизм или ультразвук. Здесь мы даем обзор ключевых проблем в области вспомогательной репродукции и того, как эти новые технологии могут в будущем сделать возможным вспомогательное оплодотворение in vivo и улучшить имплантацию эмбрионов. В качестве примера мы описываем потенциальное вмешательство в случае повторной неудачной имплантации эмбриона, которое включает неинвазивную доставку раннего эмбриона обратно в место оплодотворения с помощью микророботов с магнитным управлением. Поскольку эмбрион будет контактировать с секреторной жидкостью яйцевода, он может развиваться в естественных условиях и синхронно с подготовкой эндометрия. Мы обсуждаем потенциальные конструкции микророботов, включая правильный выбор материалов и процессов, предвидя их перенос из лабораторных исследований на животных и в медицину. Наконец, мы подчеркиваем нормативные и этические соображения по внедрению этой технологии в клинику.

Бесплодие – это проблема, от которой страдают 48,5 миллионов пар во всем мире1. Возможными причинами женского фактора являются нарушения овуляции, дисфункция маточных труб, эндометриоз, маточные и/или цервикальные факторы. Мужской фактор обычно вызван плохим качеством спермы (например, низкой подвижностью, аномальной морфологией или малым количеством), что снижает возможность оплодотворения яйцеклетки in vivo. Общие существующие методы лечения бесплодия включают недорогую и минимально инвазивную гормональную стимуляцию и внутриматочную инсеминацию, экстракорпоральное оплодотворение (ЭКО) или интрацитоплазматическую инъекцию спермы (ИКСИ), которые показаны, если диагностировано трубное бесплодие или тяжелое мужское бесплодие. Применение этих методов быстро расширилось благодаря усовершенствованным протоколам и лучшим методам отбора гамет, предложенным международными рекомендациями2, достигнув уровня оплодотворения около 95%3. Однако частота имплантаций ИКСИ и ЭКО по-прежнему составляет от 17 до 21% (после 3-го дня) и снижается с возрастом пациента4. Эти показатели еще больше улучшились в последние годы после длительного культивирования эмбрионов in vitro (до 5-го дня), достигнув показателя наступления беременности 42–47%5. Однако вероятность получить бластоцисты высокого качества все еще невелика и зависит от необходимости получения большого количества ооцитов с помощью гормональной стимуляции, но даже при использовании передовых методов оценки качества с использованием машинного обучения частота имплантации на один эмбрион оптимального качества составляет все еще не превышает 57,5%6.

Столь низкие показатели наступления беременности у перенесенных эмбрионов, полученных с помощью ЭКО и ИКСИ, могут быть вызваны стрессом, которому подвергаются гаметы во время манипуляций in vitro7. Факторы образа жизни, заболевания, аномалии матки или эндометрия или эмбриональные факторы также могут иметь влияние. Различия в лабораторных протоколах ЭКО также влияют на успех каждого метода лечения8. Тем не менее, в большинстве случаев видимого объяснения не находится. Было показано, что при таких медицинских проблемах помогает лечение повреждений эндометрия, изменение протокола стимуляции, перенос эмбриона на стадии бластоцисты и/или вспомогательный хэтчинг9.

В частности, при рецидивирующей неудаче имплантации эмбриона перспективным методом в первые годы после внедрения ЭКО10 стал внутриматочный перенос гамет/зигот (GIFT/ZIFT) лапароскопическим путем11. От этой методики отказались после того, как экстракорпоральное оплодотворение с помощью ЭКО и ИКСИ было усовершенствовано, а условия культивирования в современных лабораториях ЭКО показали более высокую скорость образования эмбрионов. Тем не менее, GIFT и ZIFT по-прежнему считаются выгодными, поскольку они предлагают подходящую физиологическую среду для оплодотворения и/или развития эмбриона, а также оптимальную синхронизацию между подготовкой эмбриона и эндометрия. Эта процедура показала в некоторых случаях РИФ более высокие показатели наступления беременности12, но в метаисследовании, включавшем три случая ЗИФТ, не наблюдалось явного улучшения частоты живорождения13. В целом известно, что успех метода зависит от опыта хирурга и применяемого протокола, который различается в разных лабораториях ЭКО. Традиционный метод также весьма инвазивный, требует анестезии и может иметь побочные эффекты14. Однако менее инвазивные методы ZIFT, такие как микророботический ZIFT/GIFT, могут привести к лучшему результату.