Методы предимплантационной генетической диагностики эмбрионов (ПГД)

Пары, решившиеся на рождение ребенка при помощи ЭКО, должны быть уверены, что имплантированный эмбрион полностью здоров. С этой целью проводится преимплантационная генетическая диагностика (ПГД), главная цель которой – выявление возможных заболеваний. Молекулярно-генетические методы диагностики наследственных заболеваний позволяют  выбрать эмбрион без патологий, что обусловит рождение нормального ребенка.

Генетическая диагностика предрасположенностей к болезням плода

Поскольку достаточно большой процент детей рождается при помощи ВРТ, нужна была и была создана возможность парам, проходящим лечение бесплодия с применением ЭКО, избежать рождения ребенка с генетическими дефектами.

В 2003 году были определены и охарактеризованы большинство из почти 25 тысяч человеческих генов и их ДНК. Методы диагностики генетических нарушений становятся простыми, более эффективными, полностью компьютеризированы. В связи с огромным количеством генетических заболеваний (и все они протекают тяжело), если не учитывать более «умеренные» генетические дефекты, вызывающие болезни сердца или злокачественные заболевания, генетика в медицине приобретает огромное значение.

Диагностика генетических заболеваний дает возможность предотвратить рождение детей с такими дефектами, как синдром Дауна, кистозный фиброз внутренних органов, мышечная дистрофия, и другими, при мысли о которых даже у врачей возникают сомнения в допустимости ВРТ, а у женщин вообще пропадает желание иметь детей.

Женщины старше 35 лет должны опасаться рождения детей с синдромом Дауна, они проходят пренатальную (дородовую) генетическую диагностику плода, амниоцентез, при котором прокалываются тончайшей иглой оболочки плода на 23-24-й неделе беременности и для генетического и прочих анализов берутся чешуйки кожи плода или даже микродоза крови из пуповины плода. При этой методике существует, хотя и небольшой (1-3%), процент прерывания беременности.

Новейший метод молекулярно-генетической диагностики наследственных болезней

Преимплантационная генетическая диагностика исключает опасность нанесения вреда беременности, поскольку проверка эмбриона на генетические и хромосомные нарушения проводится до его имплантации. Это не означает, что преимплантационная генетическая диагностика эмбрионов (ПГД) совершенно безупречна и не имеет недостатков.

Те, кто опасается амниоцентеза, могут пройти ПГД эмбриона до того, как он будет введен в матку или в маточную трубу. Если генетические дефекты обнаружены, перенос эмбриона не проводится. Можно его заморозить до тех времен, когда можно будет исправить генетический или хромосомный дефект. В тело матери вносятся только генетически полноценные эмбрионы, чтобы в дальнейшем не пришлось беспокоиться на четвертом месяце беременности, что он родится неполноценным.

В следующие 15-20 лет метод ПГД- диагностики эмбриона будет признан величайшим достижением медицины, так как поможет избавить людей от врожденных заболеваний.

Сейчас у тех бесплодных супругов, которые решили воспользоваться методом ЭКО, вероятность рождения неполноценного ребенка гораздо меньше, чем у тех, кто зачал ребенка спонтанно. Методом предимплантационной генетической диагностики эмбрионов пользуются даже репродуктивные пары из опасения рождения ребенка с генетическими дефектами.

ПГД-диагностику не следует считать методом создания искусственных идеальных детей, так могут думать журналисты, но не врачи, осуществляющие ВРТ. На сегодняшний день невозможно манипулировать генетическим материалом эмбриона. Это только мечты о будущем. Все, что можно сделать на сегодняшний день, — это исключить страшные генетические заболевания.

С помощью предимплантационной диагностики эмбрионов, смелого и высокотехнологичного метода, можно произвести безопасную биопсию эмбриона перед его внесением в организм матери и проверить его ДНК, чтобы это был генетически полноценный эмбрион. Современные методы молекулярно генетической диагностики помогут исключить перенесение эмбрионов с запрограммированным синдромом Дауна. Кроме того, потенциальные родители, сами являющиеся носителями генных аномалий, таких как серповидно-клеточная анемия, мышечная дистрофия или кистозный фиброз, могут не опасаться, что их ребенок родится с такими же заболеваниями.

Виды генетической диагностики: метод флуоресцентной гибридизации (in situ) и полимеразная цепная реакция (ПЦР)

Существует только два основных вида генетической диагностики эмбриона — метод флуоресцентной гибридизации (in situ FISH) и полимеразная цепная реакция (ПЦР), оба они достаточно совершенны и позволяют выявить ряд нарушений.

Диагностика генетических болезней методом флуоресцентной гибридизации позволяет быстро и точно определить, все ли хромосомы присутствуют в исследуемом образце, какие отсутствуют, каково их количество. Недостатком этого метода является то, что с его помощью нельзя точно рассмотреть дефекты генов, а преимущество — мгновенно дать широкую картину хромосомного набора — нормального или аномального набора хромосом. Есть 22 пары хромосом и еще две половые хромосомы: XX — женский набор или XY — мужской набор.

С помощью FISH можно быстро диагностировать болезнь Дауна, так как наличие не двух, а трех хромосом в 21 паре бывает сразу заметно. Но не видны отдельные дефекты генов.

Чтобы определить такие отдельные генетические аномалии, применяется ПЦР.

В отличие от диагностики заболеваний, преимущественно передаваемых половым путем, при помощи ПЦР, тот же метод размножения отдельных участков ДНК с помощью фермента ДНК-полимеразы, можно диагностировать такие аномалии, как кистозный фиброз, серповидно-клеточная анемия, болезнь Тея-Сакса — наследственно обусловленная слепота и идиотия, синдром Хантингтона с атрофией мозжечка и резким нарушением движений конечностей и тела. FISH выявить такие заболевания не может.

Следовательно, предимплационную генетическую диагностику предрасположенностей можно использовать в разных ситуациях. В одном случае родители, являющиеся носителем наследственных заболеваний и не желающие передавать это заболевание своему ребенку, могут воспользоваться методом ПЦР, чтобы определить неправильность в каком-то участке своих хромосом. В другой ситуации, когда бесплодные пары решаются использовать ЭКО после испытанных неудач в наступлении беременности естественным путем, или из-за череды перенесенных выкидышей, или из опасения возрастного нарушения количества хромосом — анеуплоидии — во всех этих ситуациях FISH поможет выбрать наилучший эмбрион, что обусловит рождение нормального ребенка у женщины старшего репродуктивного возраста (возраст, когда возможно наступление беременности).

Кстати, генетическая диагностика эмбриона гораздо чаще применяется при беременности женщин старшего репродуктивного возраста, у которой выше риск анеуплоидии — хромосомных ошибок.

Анализ генетических нарушений хромосомного набора плода

Хромосомные нарушения — часть общего процесса возрастного угасания репродуктивной функции женщин. Это не те специфические генетические аномалии, передающиеся потомству. Скорее дефективные беременности, возникающие в результате грубых нарушений при разделе хромосом. Как говорилось выше, при зачатии соединяются два половинных набора хромосом из яйцеклетки и сперматозоида. Они образуют эмбрион с нормальными 46 хромосомами, когда происходит раздел наполовину собственного набора хромосом оплодотворенной яйцеклетки и распадается наполовину хромосомный набор зрелого сперматозоида. В этот период половые клетки, в которых остается только половина хромосомного набора, становятся чрезвычайно ранимыми.

Дефекты чаще возникают в яйцеклетках женщин старшего возраста, У которых осталось мало яйцеклеток (антральных фолликулов), и реже — у мужчин с сильно пониженной степенью сперматогенеза.

Деление хромосомного набора стареющих яйцеклеток происходит более трудно, чем у молодых. Яйцеклетки у немолодых женщин менее плодовиты, поэтому у них чаще случаются выкидыши и чаще рождаются дети с хромосомными заболеваниями, такими как синдром Дауна. У мужчин сперма продуцируется постоянно, возраст не влияет и плодовитость не снижается.

Если проверить у эмбрионов пять хромосом, наиболее подверженных нарушениям, ведущим к выкидышам, то у 8% плодов хромосомные нарушения, к сожалению, обнаруживаются. У женщин старшего репродуктивного возраста хромосомные и генетические нарушения встречаются в три-четыре раза чаще. Если экстраполировать риск всех видов нарушений, то у женщин 24-35 лет такие нарушения будет иметь половина эмбрионов; у женщин в возрасте 35-39 лет эмбрионы будут иметь хромосомные нарушения в 84% случаев; а у женщин 4СМ15 лет хромосомные аномалии наблюдаются почти во всех случаях.

Подобные возрастные хромосомные нарушения объясняют высокую частоту выкидышей и низкую частоту наступления беременности. Несмотря на то, что большинство человеческих яйцеклеток (особенно у 30-летних женщин) имеют хромосомные дефекты, только в 5-10% случаев подобные нарушения встречаются у сперматозоидов.

Разделяющиеся хромосомные пары напоминают железнодорожные рельсы, по которым идет разъединение пар хромосом. Хромосомы выстраиваются в пары по экватору яйцеклетки, готовящейся к дроблению, и пары разделяются с образованием второго полярного тельца. У женщин старшего репродуктивного возраста процесс разделения пар хромосом бывает часто нарушен. Все патологические состояния, связанные с исходом биологических часов женщины, вызваны логически понятной причиной: в этом возрасте процесс разъединения хромосом так затруднен, что частота хромосомных нарушений значительно снижает возможность родить здорового ребенка из своих яйцеклеток, и так — немногочисленных. В какие-то месяцы диагностируются нормальные яйцеклетки, а в другие регистрируются яйцеклетки с хромосомными нарушениями. При этом виды этих нарушений разнообразны: анеуплоидии более крупных хромосом, от 1-й до 12-й имплантация эмбрионов не происходит, становится невозможной даже начальная стадия беременности. При нарушениях в более мелких хромосомах, таких как
13-я, 16-я, 18-я, 21-я и 22-я, беременность может наступить, но эмбрион запрограммирован на остановку в развитии и выкидыш. Лишь трисомия (не пара хромосом, а три их) по 21-й паре приводит к рождению относительно жизнеспособных потомков с синдромом Дауна.

Даже у здоровых, способных к оплодотворению мужчин с хорошей спермограммой приблизительно 5% сперматозоидов имеют ненормальное количество копий одной или более хромосом. А у мужчин с уменьшенным запасом сперматозоидов ненормальное количество хромосом составляет уже 10-20%.

Повышение риска нарушений половых хромосом возникает не в результате ЭКО или ИКСИ процедур, наоборот, ИКСИ выбирает сперматозоиды с нормальным количеством хромосом. Это связано со снижением количества нормальных сперматозоидов у мужчин с плохой спермограммой, так же как и у женщин позднего репродуктивного возраста.

Хромосомные нарушения не вызывают никаких внешних изменений у трехдневного восьмиклеточного эмбриона. Происходит лишь внутреннее его программирование на прекращение дальнейшего развития и выкидыш в самом раннем сроке беременности, почти сразу после попытки имплантации. Может быть также, что случайное стечение благоприятных условий приведет к развитию такого эмбриона и к рождению больного, неполноценного ребенка, что является большим шоком и несчастьем не только для самой женщины, но и для всех ее родных, ожидавших рождения здорового ребенка. То есть у женщин на закате репродукции яйцеклетки и эмбрионы могут выглядеть нормально, но при ПГД в них обнаруживаются хромосомные нарушения.

Однако при хаотических мозаичных хромосомных нарушениях, не при нарушении числа хромосом, а при нарушении отдельных участков хромосом, эмбрион перестает выглядеть нормальным, сразу становятся явно заметными дефекты его раннего развития, несовместимые с дальнейшим развитием и приводящие к гибели эмбриона и выкидышу.

Если эмбрион выглядит нормально у женщин после 40 лет, то это не является гарантией отсутствия у него синдрома Дауна и других видов хромосомных нарушений, приводящих к остановке развития эмбриона и выкидышам, необходим их тщательный хромосомный анализ.

Жизнеспособность эмбриона можно определить простым подсчетом клеток, его составляющих, — бластомеров, сравнивая их по одинаковому или разному размеру, выявляя наличие внеклеточных фрагментов и наличие одного или нескольких ядер в клетках эмбриона. Без преимплантационной генетической диагностики (ПГД) и анализа хромосомных нарушений выявить все, на первый взгляд, мелкие дефекты, но ведущие к выкидышам или рождению неполноценных детей, становится невозможно.

Существует особый вид хромосомного нарушения, встречающийся независимо от возраста женщины. Это появление эмбрионов ненормального вида, которые перестают развиваться после второго дня жизни в культуральной среде, и таких, которые растут слишком медленно или содержат много внеклеточных фрагментов. В любом возрасте огромное количество ненормально выглядящих эмбрионов имеют нарушения хромосом в виде хаотичной мозаики, и процент таких плохих эмбрионов не увеличивается, как ни странно, с возрастом женщин. Как в 20, так и в 40 лет процент эмбрионов ненормального вида не меняется, и большинство их — с нарушением в виде хаотичной мозаики.

Но бывает другой тип нарушения хромосомного набора, который усиливается с увеличением возраста женщин. У некоторых женщин эмбрионы всегда безупречны, но с возрастом их нормальные с виду эмбрионы могут иметь нарушения.

У других женщин эмбрионы постоянно плохие на вид, независимо от того, использовалась ли сперма мужа или донорская сперма. В молодом возрасте у таких женщин эмбрионы еще могут быть нормальными, способными развиться в здорового ребенка. В более старшем возрасте забеременеть им становится гораздо труднее.

Такое постоянство качества или внешнего вида эмбрионов у любой пары, страдающей бесплодием, может быть вызвано внутренними дефектами яйцеклеток, или причиной бывает нарушение организующего центрального тельца (центросомы) сперматозоидов. И это не связано с их возрастом.

Метод диагностики генетических нарушений на выявление синдрома Дауна

Преимплантационная генетическая диагностика (ПГД), предотвращает трисомию по 21-й паре хромосом — синдром Дауна.

Большинство беременных женщин опасаются именно рождения ребенка с синдромом Дауна. У таких детей присутствует лишняя хромосома, и 21-я пара хромосом перестает быть парой, а становится трисомией, так как там три хромосомы вместо двух. Это получается при неправильном делении яйцеклетки, при делении ее хромосомного набора, когда вместо ровного разрыва пар хромосом пополам в 21-ю пару попадают две материнские хромосомы, и хромосомный набор увеличивается с 23 до 24. Когда с отцовской стороны к этой паре присоединяется соотвествующая мужская хромосома, появляется трисомия — целая лишняя хромосома, и хромосомный набор новой особи начинает содержать не 46, а 47 хромосом.

Такие дети сильно отстают в умственном развитии. К умственной отсталости нередко присоединяются пороки сердца, поэтому такие дети, взрослея, редко доживают до 30 лет, если, конечно, им не оказывается специфическая помощь.

Например, в одной из Скандинавских стран существует целая деревня больных с синдромом Дауна, так как к простому крестьянскому труду, при помощи квалифицированных специалистов, эти люди вполне способны. При этом они общаются с себе подобными, иногда даже создают семьи, которые, к счастью, бесплодны.

А в России, в Москве, организован «Театр простодушных», где при помощи квалифицированного режиссера все роли в спектаклях исполняют лица с синдромом Дауна.

Частота рождения детей с синдромом Дауна неразрывно связана с возрастом их матерей. Не применяя методы диагностики на выявление синдрома Дауна, риск рождения ребенка с такой патологией у 20-30-летних составляет один случай на 2000 родов. А уже у 35-летних женщин этот показатель возрастает в четыре раза! Он равняется одному случаю на 500 родов! У женщин после 40 лет без диагностики на синдром Дауна этот показатель доходит до 5%.

Применяя методику флуоресцентной гибридизации на выявление синдрома Дауна, удается успешно выявлять и отбраковывать эмбрионы с трисомией по 21-й паре хромосом.

Генетическая диагностика перед ЭКО на выявление кистозного фиброза

Причиной кистозного фиброза является небольшая мутация одного из подавляемых генов, расположенных в седьмой паре хромосом. Аутосомно-рецессивное заболевание, то есть не связанное с половыми хромосомами, рецессия же — подавленность проявления этого признака, если он исходит от одного из родителей. Дефект такого гена — когда в цепи ДНК появляются небольшие нарушения ее двуспиральной конфигурации. Заболевание проявляется при получении подобного признака от обоих родителей, тут рецессия переходит в доминирование — преимущественное проявление признака.

Кистозным фиброзом страдает 4% всех землян. В прошлом дети с кистозным фиброзом редко доживали до совершеннолетия. Дело в том, что при этом заболевании клетки легких и поджелудочной железы не способны стабилизировать мембраны, регулирующие прохождение жидкости через клеточную стенку. Это приводит к тому, что в легких постепенно скапливается липкая, густая жидкость, затрудняющая дыхание. Гипоксия ослабляет и губит молодых людей или даже подростков, у которых к тому же поджелудочная железа выделяет недостаточно ферментов и нет нормального пищеварения.

Дефективный ген относительно велик (около 230 000 пар нуклеотидов, составляющих цепи ДНК), и седьмая хромосома также довольно большая.

Перед ЭКО для генетической диагностики этого дефекта нельзя применить FISH, который подходит лишь для выявления общей картины хромосомного набора и его нарушений. Для определения дефектного строения гена, участка двойной спирали ДНК, подходит только техника полимеразной цепной реакции, позволяющая разглядеть подробности, мельчайшие изменения участка ДНК бластомера эмбриона. Методика ПЦР заставляет определенный участок ДНК копировать самое себя с помощью ДНК-полимеразы. Увеличение количества подобной дефектной цепочки позволяет выявить, где расположено неправильное строение гена.

Еще регулятор прохождения воды через мембрану клеток нужен для формирования семявыводящих протоков в придатке яичка. Мужчины — носители рецессивного гена — могут не иметь сперматозоидов в эякуляте в связи с отсутствием семявыносящих протоков.

Сегодня во всем мире проводится обычное генетическое тестирование на носителей дефектного гена кистозного фиброза. Эта недорогая процедура делается по анализу крови или даже по мазкам внутренней поверхности щеки. Такой тест должны пройти все супружеские пары.

ПГД эмбрионов на предрасположенность к раку и эритробластозу

С открытием мутации гена BRCA, вызывающей рак молочной железы и яичников, женщины, у которых выявлена эта мутация, могут с помощью генетической диагностики избавить своих дочерей от развития этих злокачественных заболеваний в раннем возрасте.

Даже взрослые женщины с выявленной предрасположенностью к раку молочных желез или яичников, имеющие мутации гена BRCA, могут предварительно удалить молочную железу при малейших признаках мастопатии до того, как она перейдет в рак.

Женщины, страдающие эритробластозом, чувствительные к резус-фактору ребенка, также могут родить здоровых детей. В ее тело могут быть перенесены только резус-отрицательные эмбрионы. В этом случае используются новейшие методы генетической диагностики не для выбора жизнеспособных эмбрионов, а для отбора резус-отрицательных эмбрионов, способных выжить в организме резус-отрицательной матери, не вызывая у нее смертельно опасную реакцию резус-антител.

Генетические заболевания, связанные с Х-хромосомой

Сейчас известно около 6000 наследственных заболеваний человека. Более 350 из них связаны с Х-хромосомой, когда они существуют в виде подавляемого признака на хромосоме X и не проявляются у женщин, у которых есть вторая Х-хромосома, несущая проявленный нормальный ген. А у мужчин нет второй Х-хромосомы, у них вторая хромосома — Y, поэтому заболевание проявляется. Классический пример таких Х-сцепленных заболеваний — гемофилия, наклонность к кровотечениям в связи с отсутствием одного из факторов свертывания крови, восьмого, без которого становится невозможным разворачивание всего каскада свертывания, где каждый из факторов «делает» свою часть свертывания. Гемофилией страдал царевич Алексей, мать которого, царица Александра Федоровна, имела этот сцепленный с Х-хромосомой дефектный ген.

В каждой семье, где здоровая жена является носителем таких Х-сцепленных заболеваний, как гемофилия, болезнь Беккера, мышечная дистрофия Дюшенна или пигментный ретинит, в 50% случаев дети мужского пола будут страдать этими болезнями.

При пигментном ретините, его слабой форме, человек просто не различает цвета, но в тяжелой форме наступает полная потеря зрения. Мальчики, рожденные от таких мужчин, — здоровы, но дочери будут носителями Х-сцепленного заболевания, и внуки будут больны пигментным ретинитом.

Наиболее распространенным из Х-сцепленных заболеваний является синдром ломкой Х-хромосомы. Это заболевание — умственная отсталость, наподобие больных с синдромом Дауна. Матери — носители этого заболевания — передают его половине сыновей, а половина дочерей становятся носителями заболевания. Около 30% женщин — носителей мутации ломкой Х-хромосомы — являются также слегка умственно отсталыми, так как половина из Х-хромосом не активированы по случайному признаку.

Мутация гена на Х-хромосоме определяется многократным повтором триплетного набора (от 6 до 49 повторов) нуклеотида (единица строения ДНК) ЦГГГ. Когда копия этого участка ДНК появляется от 50 до 200 как у мужчин, так и у женщин, дети получаются совершенно нормальными, но потомки этих детей могут быть поражены болезнью. Как только появляется поколение, имеющее более 200 копий этого повтора ДНК, у мальчиков будет синдром ломкой Х-хромосомы.

Если какие-то нормальные Х-хромосомы функционируют, то этого достаточно, чтобы женщина была здорова психически. Когда отец передает свою наклонность к мутации детям, она не увеличивается, не становится проявленной мутацией. Но если носителем является женщина (что она могла унаследовать от своего отца), то у ее детей часто бывает превышение повторов триплета более 200 копий, и сыновья наследуют болезнь ломкой Х-хромосомы.

Совершенствование полной генетической диагностики

Больше всего беременная женщина боится, что ее ребенок может родиться с каким-нибудь генетическим заболеванием. Благодаря использованию экстракорпорального оплодотворения и молекулярно-генетическим методам диагностики наследственных болезней носителям таких заболеваний больше не надо бояться за судьбу своих детей. Ни теперь, ни в будущем, вероятно, эти методы не превратятся в «дизайнерское создание» человека, потому что люди — разные, а индивидуальность, характер, интеллект являются сложными признаками, не зависящими от специфических генов. Даже если какому-то зловещему врачу захочется создавать детей по «дизайнерскому» проекту, это у него не получится, ведь и клонированные животные не похожи друг на друга. Наши гены — это не мы сами. Гены — только дом, в котором мы живем.

Совершенствование экстракорпорального оплодотворения и полной преимплантационной генетической диагностики кардинально изменило возможности медицины в преодолении женского и мужского бесплодия. Препятствием для наступления беременности больше уже не являются отсутствие или непроходимость маточных труб, спаечный процесс в малом тазе, эндометриоз, истощение яичников, нарушения функции яичников, отсутствие овуляции или отсутствие гонад (половых желез). Если женщине удалили матку, то у нее пока остались нормальные яичники и репродуктивный (способный к оплодотворению) муж. Можно извлечь ее яйцеклетки, в пробирке оплодотворить их спермой мужа, а затем имплантировать зародыши в матку более молодой родственницы или просто женщины, согласившейся стать суррогатной матерью. Возьмем другую ситуацию: матка у женщины есть, но яичники истощились. В этом случае берется яйцеклетка у донора (опять желательны кровные родственники), оплодотворяется спермой супруга и имплантируется в матку бесплодной женщины.

Несомненно, что в недалеком будущем успехи экстракорпорального оплодотворения будут использоваться не только как методы лечения бесплодия. По мере развития возможностей молекулярной диагностики генетических заболеваний с использованием только одного бластомера эмбриона этот метод станет решающим не только в отборе здорового потомства, свободного от наследственных заболеваний. Не исключено, что с развитием генной инженерии появятся возможности замены мутационных участков генов здоровыми.

Забота о следующем поколении, первоочередная заинтересованность в его становлении и охране его неизбежно возникают у любого человека на определенной стадии становления личности. Необходимо, чтобы оба будущих родителя объединились в любящую и тесно связанную пару, способную заботиться о ребенке, растить его до совершеннолетия и дальше. Далекая-далекая перспектива — стать когда-нибудь бабушкой и дедушкой и окончательно убедиться в том, что жизнь продолжается.

Статья прочитана 2 113 раз(a).

Войдите, чтобы написать комментарий.