Как криоконсервация останавливает время

Привычные методы лечения онкологических заболеваний — химиотерапия, лучевая терапия, трансплантация костного мозга, а также некоторые операции на органах малого таза — могут повреждать органы репродуктивной системы. Особенно чувствительны к такому воздействию половые клетки.

У мальчиков лечение способно нарушать образование сперматозоидов, а у девочек — уменьшать запас яйцеклеток, который формируется еще до рождения. В зависимости от вида терапии, доз препаратов и возраста пациента эти изменения могут оказаться временными или сохраняться на всю жизнь.

Именно поэтому появилась криоконсервация — технология, позволяющая сохранить репродуктивный материал до начала лечения. Ее суть в том, что сперматозоиды, яйцеклетки или ткань половых желез замораживают и хранят в специальных условиях, чтобы спустя годы человек при необходимости смог воспользоваться ими и стать родителем.

Еще несколько десятилетий назад подобная возможность казалась научной фантастикой. Сегодня же она стала частью современной медицины и ее отдельного направления онкорепродукции — нацеленного на сохранение репродуктивного здоровья пациентов с онкологическими заболеваниями.

О том, как работает эта технология и какие возможности открывает онкорепродукция детям и подросткам, проходящим противоопухолевое лечение, мы поговорили с Алексеем Винокуровым — кандидатом медицинских наук, научным сотрудником отдела оптимизации лечения и профилактики осложнений трансплантации гемопоэтических стволовых клеток, специалистом в области онкорепродукции Центра имени Дмитрия Рогачева.

Как появилась криоконсервация

История криоконсервации началась не только с научного любопытства, но и с решения вполне четкой практической задачи: можно ли сохранить живые клетки при экстремально низких температурах, чтобы после размораживания они продолжили выполнять свои функции?

Этим вопросом ученые задались еще в первой половине XX века. Исследования проводились во многих странах, в том числе в Советском Союзе. Однако первые эксперименты с замораживанием репродуктивных клеток животных долгое время не приносили ожидаемого результата.

Перелом произошел в 1949 году, когда исследователи обнаружили защитные свойства глицерина. Оказалось, что это вещество предохраняет клетки от повреждения при замораживании и значительно повышает их выживаемость после размораживания. Это открытие стало одним из важнейших этапов развития криобиологии и в последствии стало важнейшим элементом репродуктивной медицины.

Триумфом исследований в области вспомогательного оплодотворения стал 1953 год, когда родился первый ребенок, зачатый с использованием замороженной спермы. В последующие десятилетия технология стремительно совершенствовалась и постепенно стала неотъемлемой частью повседневной клинической практики врачей-репродуктологов и эмбриологов.

Другой важной вехой в развитии репродуктивной медицины можно считать внедрение методики витрификации — метода сверхбыстрого замораживания половых клеток. Его отличие от обычного замораживания в том, что внутри клетки не образуются кристаллы льда, повреждающие ее структуры. На микроскопическом уровне содержащие воду клеточные элементы не травмируются, тк вода минуя кристаллизацию переходит в особое стекловидное (от латинского vitrum — «стекло») или гелеобразное состояние. Именно поэтому метод и получил такое необычное название.

Сегодня витрификация считается золотым стандартом для криоконсервации яйцеклеток и эмбрионов давая шанс на зачатие сотням пациентов с различными репродуктивными нарушениями.

Что происходит с клеткой?

Со стороны криоконсервация действительно выглядит почти как магия. Клетки могут храниться годами, а иногда и десятилетиями, сохраняя жизнеспособность и способность к оплодотворению. Но за этим стоит не чудо, а десятилетия научных исследований криобиологов и глубокое понимание фундаментальных законов биологии клетки.

Главный враг при замораживании живых тканей и клеток — вода. Клетки теплокровных не приспособлены к отрицательным температурам и при переохлаждения гибнут, в результате того, что содержащаяся в них вода кристаллизуется, повреждая клеточную мембрану и внутренние структуры, что приводит к гибели клетки.Чтобы этого избежать, используют специальные вещества — криопротекторы. Они уменьшают образование кристаллов льда и защищают клетки во время охлаждения.

После особых этапов подготовки замораживаемые клетки помещают в жидкий азот с температурой около −196 °C. Для сравнения: это почти в два раза холоднее самой низкой температуры, когда-либо зарегистрированной в Антарктиде. При такой температуре полностью прекращаются все внутриклеточные процессы. Клетка перестает расходовать энергию, питательные вещества,  не стареет и может сохраняться в таком состоянии годы. По сути, время для нее останавливается.

Задача — успешно «проснуться»

Заморозить биоматериал — лишь половина успеха. Не менее важно, чтобы после размораживания клетки сохранили жизнеспособность и смогли участвовать в оплодотворении.

На результат размораживания влияет сразу несколько факторов. Один из самых важных — возраст пациента на момент криоконсервации. Особенно это касается яйцеклеток (ооцитов). Чем моложе пациентка, тем выше вероятность, что ооцитов будет получено больше и они смогут благоприятно перенести замораживание.

Как и для ооцитов, исходное качество сперматозоидов во многом определяет результат криоконсервации, однако в силу их большей численности и простоты получения  сравнительная результативность процесса всегда оказывается выше. Однако, нужно учитывать то, что некоторые онкологические заболевания способны значительно снижать характеристики сперматозоидов еще до начала лечения.

В сравнении с криоконсервацией сперматозоидов, криоконсервация ооцитов значительно более чувствительный к опыту специалистов и оснащению лаборатории процесс. К прочим, не менее значимым условиям, влияющим на успех процедуры можно отнести факторы, связанные с клиническим состоянием пациента и то, насколько быстро после постановки диагноза удалось провести процедуру.

Важные задачи

Еще 15–20 лет назад главной задачей врачей было победить болезнь. И это понятно: когда речь идет о спасении жизни юного пациента, все силы будут направлены на максимально быстрое начало лечения и проблемы репродуктивных нарушений, редко оказывались в фокусе внимания врачей и родителей. Сегодня же ситуация значительно изменилась.

Благодаря успехам детской онкологии все больше детей и подростков успешно выздоравливают. Поэтому и врачи значительно чаще начали обращать внимание на качество жизни своих подопечных,  после завершения лечения.

В некоторых странах обсуждение с родителями и подростками репродуктивных рисков столь значимо, что до получения согласия или отказа лечение может не начаться. Главным образом это связано с тем, что терапия заболеваний, наиболее часто встречающихся у подростков (лейкозы, лимфомы, опухоли костей и мягких тканей) нередко способна приводить к необратимому бесплодию. Высокие дозы противоопухолевых препаратов, повреждающих любые быстро делящиеся клетки (в том числе и репродуктивные) — являются причиной указанных нарушений.

Особенно высокий риск бесплодия наблюдается у пациентов, получавших терапию опухоли с последующей с трансплантацией костного мозга. Данной процедуре обычно предшествует интенсивная подготовка, которая включает не только применение противоопухолевых препаратов, но и тотальное облучение тела. Соответствующая комбинация приводит к значительному числу поздних репродуктивных нарушений у излеченных пациентов.

При опухолях головного мозга репродуктивные нарушения могут возникать не не только в связи с полученной химиотерапией, но и с лучевой терапией, направленной на головной мозг и его структуры. В тех случаях, когда лучевая терапия затрагивает гипофиз (железа в основании мозга, регулирующую выработку половых гормонов), часто возникают эндокринные нарушения, опосредованно приводящие к нарушению репродуктивной функции.

Именно поэтому лечащие врачи стараются обсуждать вопросы сохранения фертильности до начала лечения. Таким образом, одним из важнейших правил современной онкологии постепенно становится формирование культуры, нацеленной на профилактику поздних осложнений лечения, в частности репродуктивных. Очевидным становится тот факт, что если существует риск потери репродуктивной функции, пациент и его семья должны узнать об этом заранее. Это дает возможность вовремя обсудить доступные варианты сохранения фертильности и принять взвешенное решение. В дальнейшем сохраненный биоматериал (сперматозоиды или яйцеклетки) дает возможность пациентам воспользоваться различными программами вспомогательных репродуктивных технологий.

Что еще работает?

У юношей после наступления полового созревания основным методом считается криоконсервация сперматозоидов. Это наиболее изученный и широко применяемый подход сохранения фертильности. До наступления полового созревания сперматозоиды не образуются, поэтому криоконсервация невозможна. Для совсем юных пациентов в особых случаях может использоваться экспериментальная методика криоконсервация ткани яичка. Исследователи надеются, что в скором будущем смогут эффективно восстанавливать утраченную репродуктивную функцию у данной категории пациентов. Не смотря на значительный потенциал метода, стоит помнить, что в настоящее время ученые не пришли к единому мнению относительно безопасности и эффективности данной методики.

Для девочек-подростков после наступления полового созревания возможно проведение криоконсервации ооцитов. Перед процедурой пациентке назначают гормональную стимуляцию, которая позволяет одновременно созреть нескольким фолликулам, внутри которых находятся яйцеклетки, которые извлекают хирургически и замораживают.

Как и у мальчиков, до начала полового созревания получить и сохранить ооциты невозможно. В некоторых случаях в качестве альтернативы возможен иной подход — криоконсервация ткани яичника. Данный способ сохранения фертильности также как и у мальчиков имеет ряд ограничений и для пациенток, не достигших полового созревания является экспериментальным. Для пациенток, достигших полового созревания получение ткани яичника проводят хирургическим путем, а полученные фрагменты замораживают для дальнейшего хранения и последующей пересадки при восстановлении репродуктивной и эндокринной функции.

Что происходит с биоматериалом дальше?

Когда родители или пациенты принимают решение сохранить репродуктивный материал, невозможно заранее спрогнозировать, понадобится ли он в будущем. Некоторые пациенты после лечения восстанавливают способность к естественному зачатию и не воспользуются хранимыми клетками, кто-то откладывает решение на неопределенный срок, а кто-то никогда не вернется за клетками по иным причинам. Отказавшиеся от хранения пациенты всегда заранее определяют дальнейшую судьбу своих клеток самостоятельно. Это дает им абсолютное право на использование, или исключение использования биоматериала кем-либо без согласия владельца. Данная процедура является обязательной во всех странах мира, занимающихся хранением биоматериала, в том числе половых клеток.

Говоря о продолжительности хранения биоматериала, с точки зрения криобиологии можно с уверенностью сказать, что данный срок ограничен лишь юридическими документами и необходимостью использовать его самим пациентом. При соблюдении всех условий хранения и транспортировки клетки способны сохраняться десятилетиями без существенной потери качества. Во многих странах предельный срока хранения не определен, однако существуют законодательные ограничения проведения процедур вспомогательного оплодотворения для пары с репродуктивными нарушениями.

А что в России?

Сегодня одна из главных проблем профилактики репродуктивных нарушений у детей и подростков в России связана не только с низкой доступностью, но и необходимостью оплаты процедуры самими пациентами. Исключив влияние клинических факторов (тяжесть состояния пациента, возможность проведения процедуры, риски и пр.) на пути к решению вопроса о сохранении фертильности, пациенты и лечащие специалисты сталкиваются со значительной разницей в стоимости услуг консервации сперматозоидов, ооцитов, ткани яичника. Практически повсеместно эти процедуры остаются платными.

В настоящее время криоконсервация для детей и подростков, а также взрослых пациентов не входит в программы обязательного медицинского страхования (ОМС). Поэтому все расходы, включающие подготовку к сбору, транспортировку, замораживание и последующее хранение ложатся на пациента, или его родителей. Лишь в редких случаях некоторые благотворительные организации оказывают помощь обратившимся пациентам.

Несмотря на то, что программы сохранения фертильности существуют, в основном они представлены редкими региональными программами, инициативами, либо целевыми проектами, рассчитанными в большей степени на взрослых пациентов. Единой федеральной программы финансирования таких процедур для детей и подростков пока нет.

Кроме самой процедуры, необходимо оплачивать и длительное хранение биоматериала. Криохранилища работают годами, поэтому услуги обычно оплачиваются ежегодно. В период лечения такие расходы становятся дополнительной финансовой нагрузкой для многих семей. Именно поэтому в России огромную роль играют благотворительные фонды, нацеленные на помощь юным пациентам с опухолями.

Фонд «Подари жизнь» стал первой организацией начавшей поддержку данной программы для своих подопечных, Центра детской гематологии имени Дмитрия Рогачева и ряда других ведущих онкологических центров Москвы и Московской области. Так, программа сохранения фертильности для мальчиков и девочек-подростков с онкологическими и гематологическими заболеваниями была запущена с 2012 года и действует по сей день.

Благодаря такой помощи юные пациенты со злокачественными опухолями, маршрутизируемые лечащими специалистами Центра сохраняют возможность своевременно сохранить репродуктивную функцию. Во многих случаях именно благотворительные организации становятся тем самым мостом между возможностями современной медицины и реальным шансом сохранить для ребенка перспективу биологического родительства в будущем.