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14.03.2012
 
Sonder-Newsletter Nr. 20 (März 2012)
 
Blastozystenkultur mit Zeitraffer-Cinematographie (Embryoscope)
(Teilweiser Auszug aus der „Kleinen BroschĂŒre 2012“)

Zum 1. Februar 2012 hat das Kinderwunschzentrum Darmstadt den routinemĂ€ĂŸigen Einsatz der Blastozystenkultur (5-Tage-Kultur) mit dem Embryoscope aufgenommen. In der Zeit von September 2011 bis Ende Januar 2012 lief eine Erprobungsphase mit diesem neuartigen Kultursystem. Das große Interesse der Paare an dieser verbesserten Kulturmethode veranlasste uns, das System auszubauen. Jetzt verfĂŒgt das Kinderwunschzentrum Darmstadt ĂŒber zwei dieser Systeme. Somit kann pro Woche die embryoskopische Überwachung der Embryonalentwicklung bei jeweils zwölf Patientinnen erfolgen.

In vorausgegangenen Sonder-Newslettern wurden das Embryoscope-System erstmalig und die Blastozystenkultur wiederholt vorgestellt und die Vorteile letzterer gegenĂŒber dem konventionellen Vorgehen (z.B. 2 - bzw. 3-Tage Kultur) dargestellt und erörtert. Das Embryoscope-System ist neu, so dass jetzt allmĂ€hlich mit den ersten wissenschaftlichen Publikationen zu rechnen ist (s. Newsletter 1/2012). In diesem Sonder-Newsletter wollen wir noch einmal die Blastozystenkultur unter den Bedingungen des Embryoscopes vorstellen und die Vorteile herausarbeiten (siehe auch „Kleine BroschĂŒre 2012“).

Wie viele Embryonen schaffen es ĂŒberhaupt bis zur Blastozyste?

Es ist das Ziel der reproduktionsmedizinischen Maßnahmen, an Tag P+5, also dem Tag des Embryotransfers, Embryonen in die GebĂ€rmutter zu spĂŒlen, die eine realistische Chance haben, zu einer Schwangerschaft zu fĂŒhren. Dies ist in der Regel nur bei Embryonen der Fall, die an Tag 5 der Embryokultur das Blastozystenstadium erreicht haben. Umfangreiche Studien haben ergeben, dass der Transfer von „guten“ Blastozysten („volle“ Blastozysten und „expandierte“ Blastozysten) zu einer höheren Schwangerschaftsrate fĂŒhrt als der Transfer von „guten“ Tag 3 - Embryonen.

Allerdings erreichen bei weitem nicht alle Eizellen im Pronukleus- (PN)-Stadium oder Embryonen im frĂŒhen Teilungsstadium das Stadium der vollen oder expandierten Blastozyste. Eine Zwischenauswertung unserer Ergebnisse wĂ€hrend der ersten vier Monate des Jahres 2010 bestĂ€tigte eigene frĂŒhere Daten und solche aus der wissenschaftlichen Literatur, dass nur 20 (bis maximal 30%) der kultivierten Eizellen im PN-Stadium nach fĂŒnf Tagen das Stadium der vollen und expandierten Blastozyste erreichen (in der Abb. „Bl ges“). Bis dahin sind Teilung und Wachstum des Embryos eine Leistung der Eizelle. So ist es zu erklĂ€ren, dass die genetisch defekten Embryonen bis ins Morula- und frĂŒhe Blastozystenstadium („frBl“) heranwachsen und dann absterben. Bei „Blastozyste gesamt“ wird die frBl nicht mitgezĂ€hlt.

Das Ausbleiben der Weiterentwicklung von Embryonen findet andauernd auch unter natĂŒrlichen Bedingungen im Eileiter oder in der GebĂ€rmutter statt. Dies ist eine ErklĂ€rung dafĂŒr, dass bei jungen Paaren ohne EinschrĂ€nkung der FortpflanzungsfĂ€higkeit die Schwangerschaftswahrscheinlichkeit bei Kinderwunsch nur bei 30% pro Zyklus liegt. Unter den Bedingungen der kĂŒnstlichen Befruchtung findet ebenso eine
„natĂŒrliche Selektion“ der Embryonen wĂ€hrend der Blastozystenkultur statt.

Nur die genetisch weitgehend intakten Embryonen entwickeln sich binnen 5 Tagen zur (expandierten) Blastozyste. Die nicht intakten Embryonen bleiben in ihrer Entwicklung zurĂŒck und degenerieren. So ist es auch nicht gesichert, dass „gute“ 3-Tage-Embryonen sich in gute Blastozysten entwickeln und sich einnisten. Dies verdeutlicht, wie oben bereits erwĂ€hnt, warum die Schwangerschaftsrate höher ist nach Transfer einer guten Blastozyste als nach Transfer eines „guten“ 3 Tage-Embryos. Erst die Blastozystenkultur erlaubt die Aussage, ob tatsĂ€chlich optimale, zur Einnistung befĂ€higt Embryonen heranwuchsen und eine hohe Chance der Einnistung besteht.

Je weiter der Embryo entwickelt ist an Tag 5 der Blastozystenkultur, desto höher ist die Schwangerschaftswahrscheinlichkeit. Die höchste Schwangerschaftsrate erzielen „expandierte“ Blastozysten, gefolgt von der „vollen“ Blastozyste. Dagegen ist die Schwangerschaftsrate verhĂ€ltnismĂ€ĂŸig gering bei Transfer einer „frĂŒhen“ Blastozyste oder gar eines Embryos im Beerenstadium (Morula) an Tag 5 der Embryokultur.

Das Embryoscopeℱ
Zeitraffer-Cinematographie der Embryonalentwicklung

Bisher war es realistischerweise nur möglich, am Ende und nicht wĂ€hrend des Verlaufs einer Kulturperiode (drei oder fĂŒnf Tage) die Embryonen in ihrer QualitĂ€t zu beurteilen. Andernfalls hĂ€tte man das Kultursystem (die BrutschrĂ€nke) mehrmals öffnen mĂŒssen. Das Embryoscope erlaubt mit seiner revolutionĂ€ren KameraĂŒberwachung die kontinuierliche Beurteilung der Embryonalentwicklung.

So funktioniert das System:

In einem Inkubator, der auf einem Labortisch Platz findet, befindet sich ein Kamerasystem, welches ĂŒber die gesamte Inkubationsdauer von fĂŒnf Tagen alle 20 Minuten ein Bild von jedem einzelnen Embryo aufnimmt.


Das Embryoscope als TischgerÀt

Jeweils zwölf Embryonen von sechs Patientinnen können gleichzeitig ĂŒberwacht werden. Die Embryonen der Patientinnen liegen in kleinen Vertiefungen, gefĂŒllt mit Inkubationsmedium, in jeweils getrennten Kartuschen. Seit Januar 2012 ist ein weiteres Embryoscope installiert, so dass pro Woche jeweils zwölf Patientinnen diese moderne Technik in Anspruch nehmen können.

Das Kamerasystem, welches ĂŒber VergrĂ¶ĂŸerungslinsen Bilder von den mikroskopisch kleinen Embryonen automatisch anfertigt, ist an ein Computersystem angeschlossen, welches die externe Überwachung (remote control) der Embryonalentwicklung erlaubt. Das Inkubationssystem braucht demnach zwecks Kontrolle der Embryonalentwicklung nicht geöffnet zu werden. Temperatur und Gaskonzentrationen bleiben daher in dem kleinen Brutschrank immer konstant.


Kartusche mit 12 eingelassenen KulturschÀlchen


BildschirmĂŒberwachung der Embryonalentwicklung (remote control)

Auf dem Bildschirm des PC lassen sich jederzeit die Entwicklungsschritte der einzelnen Embryonen beobachten. Es ist möglich, das gesamte „Set“ einer Patientin, aber auch einzelne Embryonen in VergrĂ¶ĂŸerung zu betrachten.

Besonders wertvoll ist, dass zu jedem Zeitpunkt, insbesondere aber am Ende der Kulturzeit die Entwicklung einzelner Embryonen zurĂŒckverfolgt werden kann. Die Dynamik der einzelnen Entwicklungsschritte, wie z.B. die Vereinigung der Vorkerne, die erste Zellteilung, die Zeitdauer bis zur Blastozystenbildung u.s.w., aber auch das Auftreten von „Reparaturmechanismen“ und Wachstumsverzögerungen sowie StillstĂ€nde der Entwicklung lassen sich beobachten und beurteilen.

Von höchstem Interesse ist selbstverstĂ€ndlich die Frage, was Embryonen kennzeichnet, von denen wir wissen, dass sie nach EinspĂŒlen in die GebĂ€rmutter zu einer intakten Schwangerschaft gefĂŒhrt haben. Deren Entwicklung ist sozusagen die Matrix, vor deren Hintergrund die Entwicklung individueller Embryonen beurteilt wird.


„Remote control“ der Embryonen in unserem Embryokulturlabor. Zur Kontrolle und Beurteilung der Reifung der Embryonen brauchen diese nicht mehr aus dem Brutschrank herausgenommen zu werden.

Die von uns seit zehn Jahren routinemĂ€ĂŸig durchgefĂŒhrte Blastozystenkultur hat ĂŒber die Jahre zu einer enormen Verfeinerung der Beurteilung der QualitĂ€t von Embryonen im Hinblick auf ihr Potential zur Schwangerschaft gefĂŒhrt. Der Einsatz des Embryoscopes stellt jetzt nochmals eine erhebliche Vertiefung der Einblicke in die Embryonalentwicklung dar.

WÀhrend sÀmtliche Vorteile und Möglichkeiten des Embryoscopes sich bisher noch nicht ermessen lassen, so lÀsst sich doch bereits heute auf Grund eigener Erfahrungen mit dem neuen Kultursystem folgendes konstatieren:

  1. Wir erhalten mit dem Embryoscope Einblicke in die frĂŒhe Embryonalentwicklung, wie sie bisher nicht möglich waren.
  2. Auf die Blastozystenkultur kann nicht verzichtet werden. Wenn auch „dynamische Entwicklungen“ am Anfang der Embryonalentwicklung, wie z.B. rasche Bildung und Verschmelzung der Vorkerne, typisch fĂŒr einen spĂ€ter als „gut“ beurteilten Embryo sind, so ist doch die Entwicklung von der Morula (Tag 4 der Kultur) bis zur „expandierten“ Blastozyste die kritische Phase, die auch anfĂ€nglich als gut erachtete Embryonen hĂ€ufig nicht durchlaufen. Es ist daher auch nicht sinnvoll, die Embryokultur abzukĂŒrzen, wenn sich z.B. an Tag 3 bereits herausstellen sollte, dass, wenn ĂŒberhaupt, nur zwei Embryonen ĂŒbrig bleiben. Man begĂ€be sich zudem der Möglichkeit, den Zyklus komplett zu beurteilen und die Patientin fĂŒr weitere Behandlungen umfassend zu beraten. Daher gilt nach wie vor: Die expandierte Blastozyste mit guter innerer und Ă€ußerer Zellmasse ist unter den nach mikroskopischen Kriterien beurteilten Embryonen der beste in der jeweiligen Kohorte.

Es handelt sich um zwei beispielhafte von mehreren Embryonen einer Patientin, deren Entwicklung ĂŒber 5 Tage (Blastozystenkultur) ĂŒberwacht wurde. Von insgesamt jeweils 356 Fotos (alle 20 min.) werden nur jeweils nur 5 gezeigt.
Obere Reihe: Der Embryo entwickelt sich zu einer expandierten Blastozyste, wird in die GebĂ€rmutter gespĂŒlt (Embryotransfer) und entwickelt sich zu einer intakten Schwangerschaft. Auffallend sind an Tag 3 und 4 Fragmentierungen zu sehen („körnige“ Erscheinungen), die bisher als ungĂŒnstig in der Beurteilung der EmbryonenqualitĂ€t angesehen wurden.
Untere Reihe: Bis an Tag 3 der Kultur sehen die Embryonen „eigentlich besser“ aus (keine Fragmentierung) als die der oberen Reihe. Dann setzt ein Entwicklungsstop ein. Es kommt nicht zur Ausbildung des Beerenstadiums an Tag 4 (Morula). An Tag 5 ist der Embryo degeneriert.

  1. Es ist zu erwarten, dass bei Bildung von Blastozysten nicht nur die mikroskopische Auswahl des besten Embryos an Tag 5, sondern auch die Auswahl des besten Embryos hinsichtlich eines schwangerschaftstypischen Wachstums- und Reifungsprofils zu einer hohen Schwangerschaftsrate bei „single embryo transfer“ fĂŒhren wird. D.h. der Einsatz des Embryoscopes verbessert nicht nur die Methodik der kĂŒnstlichen Befruchtung, sondern macht sie auch - durch Vermeidung von Mehrlingsschwangerschaften - hinsichtlich der Gesundheit von Mutter und Kind (siehe auch Newsletter 1/2012) sicherer.
  2. Wenn entgegen der AbschĂ€tzung des „individuellen Prognoseprofils“ an Tag 5 der Kultur entwicklungsfĂ€hige Embryonen ĂŒbrig bleiben (â€žĂŒberzĂ€hlige Embryonen“), die nicht transferiert werden können oder sollen, so werden diese unter BerĂŒcksichtigung des Wunsches der Patientin kryokonserviert. Als entwicklungsfĂ€hige Embryonen gelten solche, die an Tag 5 der Kultur mindestens das Morulastadium mit guter mikroskopischer Beurteilung erreicht haben. Dieses Vorgehen berĂŒcksichtigt die residuale Schwangerschaftswahrscheinlichkeit von Embryonen im Stadium der Morula und der frĂŒhen Blastozyste. Mit zunehmender Erfahrung mit dem Embryoscope wird es auch bei solchen in der Entwicklung zurĂŒckgebliebenen Embryonen durch Beurteilung der jeweiligen Enwicklungsdynamik möglich sein, den oder die Embryonen mit der höheren Schwangerschaftswahrscheinlichkeit zu identifizieren.

Unser Vorgehen entspricht dem „Deutschen Mittelweg“ und richtet sich somit streng nach dem Embryonenschutzgesetz (EschG) entsprechend der Auslegung durch fĂŒhrende Medizinrechtler. Die moderne wissenschaftliche Erkenntnis, dass sich nur etwa 20% aller Eizellen nach einer 5-tĂ€gigen Kultur in Blastozysten als zwingendes Durchgangsstadium zur erfolgreichen Einnistung entwickeln, lĂ€sst die Interpretation des EschG entsprechend der (Muster) Richtlinie der BÄK als obsolet und im Hinblick auf das „Lotteriespiel“ einer zahlenmĂ€ĂŸig begrenzten Auswahl von Eizellen im Vorkernstadium (maximal drei), die möglicherweise alle degenerieren und nicht das Potenzial zur Schwangerschaft haben, als Ă€rztlich unethisch erscheinen.

Literatur

GĂŒnther, H.-L. Taupitz J.. Kaiser, P. Kommentar zum Embryonenschutzgesetz. Verlag W. Kohlhammer 2008.

Bals-Patsch, M, Dittrich R, Frommel M. Wandel der Implementation des deutschen Embryonenschutzgesetzes. J Reproduktionsmed Endokrinol (2010) 7(2) 87-95

Frommel M, Taupitz, J, Ochsner A, Geisthövel F. Rechtslage der Reproduktionsmedizin in Deutschland. J Reproduktionsmed Endokrinol (2010) 7(2) 96-105

Prof. Dr. med. Gerhard Leyendecker

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