Zachrání krizi neplodnosti roboti? Ve světě už na tom začínají pracovat

Článek si také můžete poslechnout v audioverzi.

Neplodnost je nenápadná, ale globální krize. Podle Světové zdravotnické organizace se týká přibližně jednoho ze šesti dospělých po celém světě. Ani v České republice to není o moc lepší. Uvádí se, že každý pátý pár má problém s přirozeným početím.

„Obecně ubývá plánovaných dětí, a tím pádem relativně přibývá těch z IVF. Zatímco před 15 lety, když jsem nastupoval, bylo v každé školní třídě jedno dítě, dnes se jejich počet zdvojnásobil,“ uvedl pro Seznam Zprávy v roce 2024 Pavel Otevřel, vědecký sekretář Sekce asistované reprodukce České gynekologicko-porodnické společnosti ČLS JEP.

Pro miliony lidí po celém světě tak představuje umělé oplodnění (IVF) jedinou naději na založení rodiny. Jenže pro naprostou většinu těchto lidí je to naděje čistě teoretická.

Z globálního hlediska jsou hlavními bariérami cena a dostupnost. V Česku jsou za splnění podmínek hrazeny čtyři cykly. I tak se ale musí pár připravit na investici vyšších tisíců až desetitisíců za případná další vyšetření či medikamenty potřebné pro úspěšnou léčbu. Výše těchto poplatků se pak liší případ od případu.

Ve Spojených státech jsou ale ceny nesrovnatelně vyšší. Jediný cyklus IVF může stát až 30 tisíc dolarů, přičemž většina pacientů potřebuje cyklů více. Kliniky jsou navíc koncentrovány v bohatých metropolích, zatímco obrovské oblasti země zůstávají bez dostupné pomoci.

Právě tato propast mezi poptávkou a reálnou dostupností pohání „robotickou revoluci“. V laboratořích v Mexiku nebo Turecku se v posledních třech letech rozběhly klinické studie, které testují plnou automatizaci procesu IVF. S využitím robotických ramen a umělé inteligence vznikají lidská embrya téměř bez zásahu lidské ruky.

Cíl je přitom jasný: radikálně snížit cenu, učinit tedy léčbu dostupnější a odstranit problémy se spolehlivostí procedury dané „lidským faktorem“. Nejde přitom o sci-fi. Podle zjištění deníku The Washington Post se tímto způsobem narodilo již nejméně dvacet dětí.

Navzdory své technologické povaze zůstává IVF, které od 70. let přivedlo na svět více než 13 milionů dětí, v jádru manuálním procesem. Specialisté v laboratořích musí zvolit jediné vajíčko a z ejakulátu vybrat jedinou spermii, kterou do vajíčka vpraví. Tomu procesu se říká „intracytoplazmatická injekce spermie“ a jde o ten nejdůležitější a také nejtěžší krok.

Embryolog musí pomocí jehly tenčí než lidský vlas, ovládané v podstatě ručně, vybrat jedinou spermii a vpíchnout ji přesně do středu vajíčka, které je mnohonásobně menší než zrnko rýže. Jde o skutečně precizní práci, protože příliš mnoho síly nebo trochu špatný úhel mohou materiál nenávratně poškodit. Je to jeden z důvodů, proč proces IVF v některých případech selhává.

„Každá klinika IVF má svou ICSI superstar – embryologa, který dosahuje nejlepších výsledků, protože má prostě ten speciální dotek,“ řekl The Washington Post Alejandro Chávez-Badiola, hlavní lékař společnosti Conceivable Life Sciences. Tato závislost na lidském faktoru vytváří nekonzistenci.

Výsledky se mohou lišit nejen mezi klinikami, ale dokonce i v rámci jednoho pracoviště podle toho, kdo má zrovna službu. Pro pacienty, kteří za proces platí nezanedbatelné částky, je to nejistá loterie.

Historicky vzato přitom nejde o nic neobvyklého, pokud byste tedy chtěli medicínu srovnávat například se strojírenstvím. Ještě do druhé poloviny 20. století v řadě výrobních procesů hrála rozhodující roli v kvalitě výrobků zkušenost dotyčného dělníka nebo dělníků, kteří na nich pracovali. Automatizace a robotizace to změnily a dnes je kvalita například strojírenských výrobků mnohem konzistentnější než v minulosti.

Právě to se snaží dnes nové technologické firmy změnit: Cílem je využít technologii k tomu, aby kvalita provedení byla maximálně úspěšná. David Sable, investor a poradce společnosti Conceivable, pro The Washington Post odhadl, že kdyby průmysl dokázal uspokojit globální poptávku, narodilo by se každý rok o 20 milionů dětí více. V současnosti je to zhruba kolem milionu ročně.

Alejandro Chávez-Badiola, jeden z průkopníků automatizace, se do práce na tomto problému pustil s touhou po co nejvyšší úspěšnosti IVF procesů. V roce 2016 se na jeho klinice v Mexico City léčil mladý zdravý pár bez zjistitelných příčin neplodnosti. Jejich embrya vypadala pod mikroskopem zcela v pořádku. Přesto dva cykly IVF selhaly.

Lékař svolal tým odborníků a požadoval analýzu každého kroku. Chtěl, aby nahrávali video každého přenášeného embrya a spočítali každou jednotlivou buňku. O týden později mu šéf laboratoře oznámil, že je to nemožné.

„Dobrá zpráva je, že buňky skutečně spočítat můžete. Špatná zpráva je, že to trvá věky… a všichni se z toho zblázníme,“ vzpomínal Chávez-Badiola pro The Washington Post.

Problém byla kvantita. Chávez-Badiola se proto obrátil na profesora aplikované matematiky. Vysvětlil mu, že má tisíce černobílých snímků embryí a potřebuje pochopit jejich vlastnosti. Odpověď byla jednoduchá: „Máte štěstí. Obrázky jsou pixely. Pixely jsou čísla. A já s čísly umím dělat, cokoli chcete.“

Společně oba odborníci začali trénovat systém založený na konvolučních neuronových sítích – stejné technologii, která se po světě v té době učila rozpoznávat na fotkách kočky a psy.

Počítačové vidění dokázalo v každém snímku embrya analyzovat 2,5 milionu jemných vzorů a hran. Z nich identifikovalo 94 vzorců, které lidské oči (nebo aspoň většina lidských očí) rozeznat nedokáže a které spolehlivě naznačují kondici embrya. Ve studii publikované v roce 2024 tak tato jednoduchá „AI“ dokázala předpovědět, která embrya jsou geneticky zdravá s přesností o 11,6 procenta vyšší než vyškolení embryologové.

Tým se poté přesunul ke spermiím, které představují ještě větší výzvu, protože se neustále pohybují a narážejí do sebe. Jeden z inženýrů, který dříve vytvořil AI systém pro reprodukci fotbalových zápasů pomocí dat z různých kamer, aplikoval stejný princip na spermie. AI objevila, že specifický „rychlý vývrtkový“ pohyb, který lidské oko nemůže spolehlivě sledovat, je klíčovým indikátorem zdravé spermie. Ve výzkumu publikovaném v roce 2022 tým prokázal, že výběr spermií pomocí počítače zvýšil vývoj embryí připravených k implantaci o 12 procent.

Software, tedy „mozek“ systému, byl na světě. Nyní bylo potřeba vytvořit „ruku“. Chávez-Badiola se spojil s podnikateli Alanem Murrayem a Joshuou Abramem, kteří již měli zkušenosti s robotickým hardwarem pro skladování zmrazených vajíček. V roce 2022 založili společnost Conceivable Life Sciences s cílem zautomatizovat kroky, které na klinice dělali ručně v rámci procesu umělého oplodnění.

Do laboratoře v Mexico City nasadili vysoce přesná robotická ramena, stejná, jaká se používají v polovodičovém průmyslu k rýsování obvodů na čipy. Jedna stanice míchá chemikálie, další řídí „chytrý“ inkubátor, další vybírá spermie a jiná provádí samotnou injekci ICSI. Malý robotický „manipulátor“ mezi nimi posouvá Petriho misky.

Systém se nejprve učil na myších, kde úspěšně dosáhl tří zdravých generací. Poté přišly na řadu lidské buňky. Tým narazil na problém: při robotické injekci se spermie občas zasekla v pipetě a nebyla vpravena do vajíčka.

Inženýři strávili hodiny studiem videozáznamů lidských kolegů z kliniky. Všimli si drobného detailu: těsně před vytažením jehly z vajíčka provedl embryolog jemné, sotva postřehnutelné „zatřesení“, aby se spermie uvolnila. Tento trik, intuitivní pohyb získaný praxí, byl okamžitě naprogramován do algoritmu robota. Problém zmizel.

Zatímco společnost Conceivable buduje plně automatizovanou laboratoř, konkurence v podobě start-upu Overture Life volí jinou, možná ještě radikálnější strategii. I jejich robotický systém má za sebou první úspěchy – v pilotní studii v New Yorku pomohl na svět dívce, která je pravděpodobně prvním dítětem na světě počatým s pomocí robotické ICSI.

Generální ředitel Overture Life, Hans Gangeskar, si ale uvědomil, že automatizace samotné injekce je jen částí problému. Skutečným úzkým hrdlem, které generuje náklady, je celá multi-milionová embryologická laboratoř a vysoce placení specialisté (reprodukční endokrinologové neboli REI), kteří ji musí provozovat.

Gangeskar má ve své kanceláři mapu USA ukazující „pouště umělého oplodnění“. Například ve Wyomingu mohou pacienti navštívit lékaře, ale nejbližší embryologická laboratoř, kde dochází k samotnému oplodnění, je v sousedním Coloradu. To pro pacientku znamená nekonečné hodiny cestování.

Řešením Overture Life je proto zařízení nazvané DaVitri. Jde o krabičku o velikosti dlaně. Cílem je zcela změnit pracovní postup. Běžný gynekolog ve své lokální ordinaci odebere ženě vajíčka. Místo aby je posílal do vzdálené laboratoře, vloží je do DaVitri, stiskne tlačítko a robot sám provede choulostivý proces míchání kryoprotektivních tekutin a vajíčka dokonale zamrazí. Tento přístroj byl již schválen regulátory k užívání v několika zemích Latinské Ameriky, například v Brazílii.

Přístup tedy přesouvá klíčovou část procesu z drahého centralizovaného centra do běžné lékařské ordinace. The Washington Post připomíná model Španělska, kde velkou část péče o plodnost zajišťují běžní gynekologové, a výsledkem je, že 12 procent všech dětí v zemi se rodí díky IVF.

Ve Spojených státech, kde je proces vázán na úzkou skupinu specialistů, jsou to méně než 3 procenta. V Česke republice přesáhl podíl dětí počatých s pomocí IVF v roce 2024 poprvé šest procent a dlouhodobě roste (dodejme, že v situaci, kdy klíčovým investorem v oboru je předseda nové vlády).

S pomocí robotických systémů se narodilo více než 20 dětí, potvrdili zástupci dvou zmíněných společností médiím. Vzhledem k tomu, jak naléhavou potřebu plní, dá se očekávat, že nejsou zdaleka poslední.

Není to pochopitelně stoprocentně jisté. I původní proces IVF, dnes tedy běžná technologie, se v době svého vzniku, tedy v 70. letech, stal terčem kritiky: lékaři si podle oponentů „hráli na Boha“, vzpomínal například Robert G. Edwards, „otec“ IVF a pozdější nositel Nobelovy ceny.

Přitom lékaři, kteří se embryologii věnují, oponují tím, že neplodnost je nemoc, která se dá léčit. Nicméně je možné, že stejně jako před více než padesáti lety hleděli tehdejší skeptici nedůvěřivě na IVF, jak ji známe dnes, budou tak někteří hledět na léčbu za pomoci robotické technologie. Zároveň lze očekávat, že než se dostane k většině potřebných, ještě to nějakou dobu potrvá.

Nová technologie ale také přinese nové otázky a nové nejistoty. Chávez-Badiola přiznává, že i když jeho AI systém prokazatelně funguje, často se mění v „černou skříňku“. Tým ne vždy plně chápe, proč algoritmus učinil konkrétní rozhodnutí ve výběru embrya. Jde o statistickou analýzu vážící miliony faktorů, která je pro lidský mozek příliš komplexní.