Robotii si inteligenta artificiala, folosite pentru a ajuta femeile sa ramana insarcinate. Este acesta viitorul fertilizarii in vitro?
In mod normal, fertilizarea in vitro (sau FIV) este o „afacere” realizata manual. Medicul realizeaza o mica interventie chirurgicala, muta ovulele pacientei intr-o eprubeta si trece eprubeta printr-o fereastra mica a unui laborator, unde un om de stiinta le combina cu sperma. La o clinica din Guadalajara, Mexic, procesul este radical diferit. Odata ce eprubeta trece prin fereastra laboratorului, este predata unor roboti sustinuti de o vasta infrastructura de inteligenta artificiala. Acolo, un start-up numit „Conceivable Life Sciences” automatizeaza laboratorul de fertilizare in vitro de la inceput pana la sfarsit. Oamenii de stiintastau relaxati si supravegheaza, dupa cum scrie Business Insider.
Conceivable isi imagineaza laboratoarele de FIV din intreaga lume, fiecare continand randuri de cutii albe stralucitoare care „lucreaza” impreuna intr-o armonie neatinsa. Deocamdata, activitatea sa se limiteaza la studii mici si prototipuri robotizate. Dar prototipurile functioneaza, potrivit datelor, interviurilor si videoclipurilor Conceivable impartasite cu Business Insider.
Prin apasarea unui buton sau doua, robotii Conceivable imobilizeaza spermatozoizii cu ajutorul laserelor, ii aspira in ace, ii introduc in ovulele pe care le-au extras din lichidul lor si, dupa incubare, dau embrionilor rezultati trasee libere, dintr-o racheta de tenis microscopica, spre niste flacoane de azot lichid, inghetandu-i mai repede decat ai clipi.
Pana in prezent, 11 femei au ramas insarcinate cu ajutorul unuia sau mai multor roboti Conceivable. Pe parcurs, compania spune ca a realizat mai multe descoperiri.
In ultimele luni, Conceivable a devenit prima companie care a realizat, robotic, injectia intracitoplasmatica de spermatozoizi (ICSI sau „icksee”), procesul delicat prin care un spermatozoid este plasat in interiorul unui ovul, potrivit Conceivable si imaginilor video prezentate BI.
In decembrie, celebrul embriolog Jacques Cohen, directorul stiintific al Conceivable, a coordonat robotii, prin ICSI, cu ajutorul tastaturii si mouse-ului sau. Procedura a avut loc in Mexic iar Cohen se afla in New York City, la biroul sau.
Embrionul a fost transferat pe 23 februarie si asta a condus la o sarcina.
„Facem ICSI transcontinentale tot timpul acum, de rutina”, a declarat Joshua Abram, co-CEO si cofondator al Conceivable, intr-un interviu pentru BI. „Suntem prima companie din lume care a facut acest lucru”.
Robotii pot efectua acum ICSI in mod autonom, o alta „premiera mondiala”, potrivit lui Abram.
„Fara copil, fara taxa”
In prezent, cererea de FIV este in crestere, in ciuda faptului ca tratamentul este lent, nesigur si scump. Milioane de femei locuiesc in locuri fara centre de infertilitate, sau cu centre putine iar experti care sa le conduca sunt foarte putini. In plus, procedura este punitiv de scumpa. In SUA, FIV costa cat o masina noua si, de obicei, trebuie sa fie repetata inainte de a functiona. Pentru multe paciente, acest lucru poate insemna ca trebuie sa se imprumute masiv, daca ele si familiile lor sunt suficient de norocosi pentru a avea un „scor” de credit bun.
In alte zone stiintifice si ale economiei, robotii isi asuma deja o serie de sarcini, de la mutarea produselor in depozitele Amazon pana la a ajuta chirurgii sa efectueze operatii minim invazive. Acest lucru a facut ca unele bunuri si servicii sa fie mai disponibile si mai ieftine.
Conceivable, care a strans 20 de milioane de dolari intr-un capital de risc, mizeaza pe faptul ca robotii sunt pregatiti si pentru FIV. Automatizarea, sustin cofondatorii, va oferi mai multa dexteritate, in manipularea celulelor microscopice, decat mainile tremurande ale oamenilor care bajbaie cu pipetele. In plus, ar trebui sa scada costurile – start-up-ul planuieste sa perceapa 15.000 de dolari pentru o FIV, si asta numai atunci cand procedura functioneaza, ceea ce ar putea duce la economii zeci de mii de dolari, fata de manopera clasica de pana acum. Deci, daca nu exista un rezultat fericit procedura nu va fi taxata.
In interviul cu Business Insider, expertii din domeniu au fost sceptici in privinta planurilor Conceivable, dar nu au respins ideea. Multi, cum ar fi Dr. Lora Shahine, un medic specializat in fertilitate din Seattle, cred ca automatizarea ar putea ajuta la dezechilibrul dintre cerere si oferta care limiteaza ingrijirea bolilor prevalente in infertilitate.
„Dar aceasta trebuie sa se faca fara a compromite ratele de succes si ingrijirea pacientilor”, a spus ea. Ingrijirea fertilitatii, in forma actuala, poate fi la fel de dificila ca si ideea de copii „creati” cu ajutorul robotilor.
In 2014, Emma nu cauta sa aiba copii. Dar un test de sange i-a dezvaluit ca avea un timp limitat pentru asta. S-a simtit, astfel, impinsa sa recurga la o fertilizare in vitro, dupa un avort spontan care a dus si la incheierea relatiei ei.
Emma a trebuit sa faca o alegere arbitrara, bazata pe informatii insuficiente, dintr-o distributie ametitoare de furnizori. Sa isi implanteze ovulele acum? Sau sa le pastreze pentru mai tarziu? Cand este prea tarziu? Ce se intampla daca va intalni pe altcineva?
„Atunci, vrei sa iti salvezi acum ovulele pentru a le putea fertiliza mai tarziu sau vrei sa fi sigura ca embrioni viabili?”, si-a spus Emma.
In 2016, Emma a decis sa isi inghete ovulele si sa renunte la rolul nedorit de a mai fi un manager de proiect al propriului corp.
In acea vreme, ea lucra pentru Abram si Alan Murray, partenerul sau de afaceri. Intr-o zi, cei trei au ajuns sa discute despre oportunitatile pentru startup-uri in industria medicala. „Si atunci imi amintesc ca am spus: «Ei bine, iata un sector pe care ar fi bine sa il luati in considerare»”, a spus Emma.
„Recipienti de lapte” si o euharistie catolica
Tulburati de povestea si experienta ei, Abram si Murray au inceput sa viziteze laboratoare de fertilizare in vitro, in 2017. Lipsa de automatizare i-a uimit.
In vizitele lor, au vazut mici recipienti, „bidoane de lapte”, (rezervoare de stocare criogenica de joasa tehnologie), notite lipicioase scrise cu markere folosite pentru a localiza, eticheta si depozita ovule si embrioni. Persoane cu o pregatire profesionala vasta – embriologii care supravegheaza partea de laborator a FIV – isi petreceau o mare parte din timp pipetand picaturi mici dintr-un reciepient in altul.
La o vizita la un laborator de prim rang, scena amintea de o euharistie catolica: toata lumea tinea probele cu maxima delicatete in timp ce incercau sa faca sa nu se loveasca unele de altele.„Tot vedeam cum apar acele mici „bidoane de lapte”. Bidonase de lapte sub birouri, sub scari, pe holuri, in camere”, a spus Murray. „Am continuat sa cautam legaturile acestora. Cum sunt ele conectate?”„Picatura mica, dupa picatura mica”, a adaugat el.
„Etichetele scrise de mana pe spatele vaselor Petri”.
In 2018, au fondat TMRW Life Sciences, care a produs un fel de bancomat futurist care stocheaza ovule si embrioni in conditii mai sigure. In anul urmator, Abram si Murray „au pus ochii” si pe restul procesului de FIV.
A existat o mare presiune din partea companiilor farmaceutice si a celor din domeniul stiintelor vietii pentru a automatiza laboratoarele. Robotii se imbunatateau, in timp ce nevoile de cercetare, cum ar fi utilizarea cunostintelor genetice pentru a crea noi medicamente, deveneau tot mai complicate.
Curiosi sa afle cum functiona totul, cei doi au vizitat laboratorul din San Francisco al companiei de biotehnologie Invitae, unde aceasta proceseaza probe de ADN. Instalatia de 50.000 de metri patrati era plina de roboti.
Benzile transportoare miscau tavi de eprubete. Robotii extrageau picaturile din tuburi si le puneau pe cipuri care intrau in masinile de descifrare a ADN-ului. Existau doar aproximativ trei persoane care ajutau la derularea procesului, isi aminteste Murray.
„Acela a fost un moment de revelatie”, a spus el. „Exista o cu totul alta lume, in afara FIV, care si-a dat deja seama cum sa foloseasca robotica”.
Dupa aceasta vizita, Murray a participat la expozitii comerciale de automatizare a laboratoarelor, mergand de la un stand la altul luni intregi. Cand un echipament avea o potentiala utilizare in ingrijirea fertilitatii, il nota – formand in cele din urma un fel de lista de cumparaturi pentru laboratorul de FIV al viitorului.
De la rugaciune, la IA
La o jumatate de continent distanta, un medic devenea din ce in ce mai frustrat de constrangerile meseriei sale. Dr. Alejandro Chavez-Badiola a devenit medic de endocrinologie reproductiva si infertilitate (REI), genul care supravegheaza FIV, deoarece a fost atras de ideea de a ajuta familiile sa ajunga la cele mai fericite momente ale lor avand copii. De fiecare data cand efectua un transfer de embrioni, se ruga: „Sa fie o persoana buna”.
Dupa ce s-a pregatit in Marea Britanie, si-a deschis prima clinica in Guadalajara, sperand sa aiba un impact in orasul sau natal. Cand lucrurile au mers prost, a vrut sa stie de ce. Dar unele dintre cele mai cruciale decizii in FIV au avut loc dincolo de zidul care separa clinica sa de laborator. Avea o echipa de incredere de embriologi, dar clinicile din SUA ii tot racolau, iar instrumentele de care dispuneau erau limitate.
Intr-un an, la momentul cand una dintre pacientele mai sanatoase si mai tinere ale medicului nu a ramas insarcinata, dupa doua cicluri de FIV, acesta a convocat o sedinta cu personalul pentru a se interesa de calitatea ovulelor si a embrionilor ei. Spre frustrarea lui, acestia au spus ca erau „frumosi”. „Baieti, haideti”, a replicat Chavez-Badiola. Dar „pacienta nu ramane insarcinata”.
Cu scopul de a face din astfel de momente descoperiri stiintifice, tanarul medic a inceput sa lucreze cu profesori, matematicieni si ingineri pentru a aduce inteligenta artificiala (IA) in FIV.
Si astfel, ei au antrenat un model de inteligenta artificiala pentru a clasifica spermatozoizii pe baza unor informatii din datele reale ale pacientilor. In timpul fertilizarii, embriologii sai selectau de obicei „inotatorii” suficient de bine aspectati din vasul Petri. Acum, computerul le spunea pe care sa ii selecteze, pe baza modelelor de miscare asociate cu crearea de embrioni. Dar s-a confruntat cu o alta problema.
Nu conta insa daca inteligenta artificiala a lui Chavez-Badiola putea gasi cel mai bun spermatozoid daca un om nu putea sa-l prinda in mod fiabil. O picatura tipica contine mii de spermatozoizi. Cel potrivit ar putea sa inoate si sa fie „scapat” din microscop sau sa fie „strivit”.
O intalnire a mintilor
Multumita COVID-19, Chavez-Badiola a avut sansa sa. In martie 2020, cand pandemia a pus capat calatoriilor sale in SUA, Chavez-Badiola s-a trezit blocat la Londra, Langham, impreuna cu Murray si Abram. Intalnindu-se inainte in cercurile de FIV, s-au intalnit la barul hotelului Langham, unde conversatia s-a indreptat spre starea jalnica a industriei fertilitatii.
Au discutat despre modul in care imbatranirea populatiei materne, scaderea numarului de spermatozoizi si alti factori au crescut cererea de FIV. Dar partea de oferta nu raspundea cererii. In SUA existau putin peste 1.000 de centre; concurenta pentru specialistii embriologi era acerba; iar procesul manual utilizat era prea lent. In o operatiune standard de FIV te poati chinui pentru extragerea ovulelor de la 5-10 paciente intr-o zi…
Mai mult, in medie, femeile trebuie sa se supuna la doua sau trei cicluri de FIV pentru a ramane insarcinate. Dar AI si automatizarea, care ar putea imbunatati ipotetic ratele de succes, nu erau vizibile inca.
Intr-o clinica tipica, embrionii sunt scosi din incubator in loturi, in functie de programul uman, nu atunci cand se asta s-ar potrivi cel mai bine embrionilor individuali; robotica putea schimba acest lucru.
Intalnirea de la Langham a dat startul unei colaborari de peste doi ani in care Abram, Murray si Chavez-Badiola au regandit FIV de la zero, convingandu-se ca automatizarea la scara mare este posibila.
In 2022, incurajati de progresele roboticii si ale inteligentei artificiale (I.A) din alte industrii, au fondat Conceivable pentru a si demonstra acest lucru.
Inspiratie de la productia de cipuri si de la IA a Tesla
Sarcina pe care o aveau de indeplinit era construirea unor roboti si a unei inteligente artificiale capabile sa se ocupe de cele cinci etape ale unui laborator de fertilizare in vitro: pregatirea ovulelor, selectia spermei, fertilizarea, incubarea si congelarea.
Pentru hardware, Conceivable a apelat la lumile microscopice ale productiei de cipuri si ale automatizarii laboratoarelor, achizitionand motoare care permit celor aproximativ 20 de roboti ai sai sa se deplaseze cu cresteri de pana la cinci milionimi de milimetru, plus senzori si alte instrumente minuscule.
Pentru software, Conceivable s-a inspirat de la companii precum Tesla. Sistemele sale principale de inteligenta artificiala de „recunoastere a obiectelor” sunt aceleasi utilizate in masinile care se conduc singure, dar antrenate pe imagini de spermatozoizi si ovule, in loc de semne de oprire si pietoni.
Acestea le spun robotilor unde sa se deplaseze si la ce distanta, pe baza datelor de la microscoape, de 30 de ori pe secunda. „Nu conteaza daca faci o fotografie a autostrazii din fata unei masini sau a unui ou prin lentila unui microscop”, a declarat Brian Bixon, seful de produs al Conceivable, pentru BI. „Gandirea de prim principiu este aceeasi.”
Pentru o vreme, robotii au exersat pe oua de hamster si de iepure in biroul Conceivable din Guadalajara. Apoi, inginerii i-au introdus treptat in clinica lui Chavez-Badiola, la sase strazi mai jos, pentru un studiu clinic. Cincizeci de pacienti cu infertilitate, a caror ingrijire era supravegheata de alti medici, s-au oferit ca voluntari.
Studiul a testat in principal functionarea robotilor in procese izolate de fertilizare in vitro, inclusiv, in ultima vreme, ICSI. Initial, masinile au abordat ICSI in aproximativ 20 de etape, fiecare dintre ele permitand interventii. „Ne opream, ne uitam, apasam urmatorul buton de pornire, ne opream, ne uitam”, a explicat Murray.
Din decembrie, echipa a legat cu atentie etapele intre ele, cu scopul de a obtine o autonomie robotica completa.
Automatizarea conceptiei
Pe 6 martie, Conceivable a avut momentul sau de „lansare a rachetei”. In acea dimineata, au fost prelevate ovule de la trei paciente si trecute prin mica fereastra dintre clinica si laboratorul din Guadalajara.
Tubul de lichid a fost turnat intr-un platou din care sistemul de inteligenta artificiala al Conceivable a scanat „ouale” cu ajutorul unei tehnologii care reda imaginile in 3D.
Dupa-amiaza, jumatate din ovule au ajuns la specialistii embriologi umani. Cealalta jumatate a mers la instalatia Conceivable, iar primul ovul a fost plasat, impreuna cu o picatura de sperma, intr-o suprafata „patrata” de 2 x 2 inci.
„Patratul” a fost situat sub doua ace, fiecare fiind tinut de cate un robot cu patru axe. Unul a manipulat sperma, iar celalalt, ovulul. Prin apasarea unui buton verde de pe un ecran tactil, robotii au trecut la automatizarea conceptiei.
In laborator, se aflau doi ingineri si doi embriologi. Imaginile video erau transmise in mod simulat catre mai multi experti, care sopteau comentarii ca niste crainici de golf, si catre angajatii Conceivable, stransi in jurul ecranelor. Totul s-a simtit ca o „lansare de racheta”, si-a amintit Murray, care a fost la Guadalajara pentru aceasta ocazie.
Mai intai a venit selectia spermei. Un laser ghidat de inteligenta artificiala aflat sub patrat trebuia sa il retina pe cel mai bun. Odata ce acest spermatozoid a fost imobilizat, unul dintre roboti l-a aspirat in interiorul unui ac.
Apoi, celalalt robot si-a apropiat acul de ovul si a folosit aspiratia pentru a-l mentine in pozitie. Laserul ghidat de inteligenta artificiala a extras o „pana” din membrana cea mai exterioara a ovulului pentru a deschide o cale mai usoara pentru spermatozoid. Odata ce acul de sperma se afla chiar la mijlocul ovulului, primul robot a folosit „dinamica fluidelor” si alte cunostinte tehnice pentru a pozitiona sperma chiar la varf, a declarat Murray. „Esti gata sa injectezi?”, a spus robotul.
Primul „embrionar”
Raspunsul a fost da. Asa ca Gerardo Mendizabal-Ruiz, inginer si vicepresedinte al Conceivable, a apasat butonul verde in timp ce toata lumea isi tinea respiratia. (Colegii il numesc acum primul „embrionar”). Un semnal electric a facut sa vibreze un motor de cristal la capatul acului care tinea sperma, ceea ce a ajutat o lama minuscula sa taie mai usor membrana ovulului. Acul a intrat, dar nu foarte departe: sase algoritmi l-au impiedicat sa strapunga cealalta parte a ovulului.
Apoi, cu ajutorul unui mic suflu de aer, robotul a descarcat sperma si s-a retras. Aplauzele au izbucnit in Zoom si in jurul lui Murray, care a urmarit transmisia impreuna cu inginerii Conceivable.
Chavez-Badiola a simtit cum tensiunea se risipeste, comparand momentul cu acela de a-si vedea fiul cel mare mergand pentru prima data.
Conceivable a repetat procesul pana cand a creat cinci embrioni in devenire, din 12 ovule in total, depasindu-i usor pe embriologii umani, au declarat Murray si Bixon.
Unul dintre embrioni a dus la o sarcina reusita pentru o pacienta in aprilie. Carla Patricia Barragan Alvarez, un biolog de la Conceivable, a lipit o fotografie a acestuia pe o tabla alba, unde tine o evidenta personala a sarcinilor Conceivable, precum rudele de pe un frigider.
„Complet automat”, scrie in descriere. Un nou test Conceivable are un drum lung de parcurs. In Guadalajara, noile instrumente s-au imbunatatit suficient de mult pentru a avea performante peste standardele industriei, potrivit startup-ului. Dar, in mare parte, nu au fost puse la incercare ca un ansamblu complet.
In luna septembrie a acestui an, Conceivable intentioneaza sa lanseze un alt studiu clinic in Ciudad de Mexico, la care vor fi inscrisi 250 de pacienti de la un spital din apropiere. Similar efortului din Guadalajara, jumatate din ovulele lor vor trece printr-un laborator conventional, in timp ce cealalta jumatate va merge la robotii Conceivable.
De data aceasta, insa, robotii vor automatiza fiecare proces de fertilizare in vitro pentru fiecare specimen, de la un capat la altul.
Conceivable va cauta in principal sa afle cati embrioni poate produce din 10 ovule. Cu cat raportul este mai mare, cu atat mai putine cicluri de FIV sunt necesare pentru pacienti. Startup-ul intentioneaza sa publice rezultatele.
Conectarea la sistem
Cu toate acestea, realizarea tehnologiei este doar primul pas. In domeniul sanatatii, o provocare mai mare pentru companii poate fi conectarea la sistemul existent.
Pe termen scurt, Conceivable intentioneaza sa colaboreze cu furnizorii de FIV existenti pentru a oferi o alternativa pentru laboratoarele lor. In contextul in care capitalul privat achizitioneaza clinici de FIV, Conceivable va incerca sa ajute acesti investitori sa stimuleze cresterea. „Ne-am gandit ca marii operatori traditionali sustinuti de PE vor fi ostili”, a declarat Abram. „De fapt, ei vin la noi si ne cer un parteneriat”.
Pe termen mai lung, Conceivable intentioneaza sa administreze laboratoare independente in parteneriat cu ginecologii obstetricieni, care ar supraveghea ingrijirea pacientilor pana la prelevarea de ovule si lucrarile de laborator. REI-urile angajate de Conceivable ar supraveghea aceste cazuri, ar interveni atunci cand este necesar si ar efectua operatiile.
Subiect fierbinte
Ginecologii obstetricieni nu sunt instruiti in cea mai mare parte a ingrijirii fertilitatii. Implicarea lor in mai mare masura este o problema fierbinte in comunitatea REI, potrivit Dr. Eduardo Hariton, medic si director in domeniul fertilitatii.
Cu toate acestea, REI nu satisfac cererea. Prin urmare, comunitatea ar trebui sa preia conducerea in ceea ce priveste proiectarea cadrelor pentru acest tip de colaborare inainte ca piata sa le-o ia inainte, a spus el.
„Trebuie sa avem orientari foarte clare cu privire la domeniul de aplicare al practicii”, a declarat Hariton pentru BI.
In ceea ce priveste obstacolele de reglementare, calea lui Conceivable ar putea fi mai simpla. Industria fertilitatii este mult mai autocontrolata decat alte domenii ale asistentei medicale.
Deoarece start-up-ul nu urmareste sa vanda echipamente, ci sa administreze expertiza si procedurile, pentru a fi folosite de alte persoane, ar intra in mare parte sub acelasi sistem de reglementare ca si companiile de laborator LabCorp si Quest Diagnostics, a declarat Murray.
Daca totul decurge conform planului, Conceivable crede ca ar putea administra laboratoarele interesate inca din 2025.
