Nicht-invasiver genetischer Präimplantationstest:

Können wir eine Embryobiopsie vergessen?

In den letzten Jahren wurden auf dem Gebiet der Reproduktionsmedizin große Fortschritte erzielt, wobei neue Strategien entstanden sind, die auf ein gemeinsames Ziel ausgerichtet sind: die Geburt eines gesunden Babys. Diese aufkommenden Techniken im biomedizinischen Bereich schließen die nicht-invasiven ein Präimplantationsgentest (PGT). Ihr Zweck ist es, genetische Informationen aus dem Embryo auf möglichst schonende Weise zu gewinnen, bevor sie in die Gebärmutter der Mutter übertragen werden.

Dazu wird zunächst die Technik der In-vitro-Fertilisation (IVF) durchgeführt, bei der die Eizelle und das Sperma im Labor kombiniert werden. Diese Behandlung ist in verschiedenen Fällen indiziert, z. B. bei fortgeschrittenem mütterlichem Alter, niedriger Spermienzahl, Ovulationsproblemen oder wenn andere, einfachere Techniken der assistierten Reproduktion versagt haben.

Wenn der Befruchtungsprozess erfolgreich ist, beginnt sich die befruchtete Eizelle zu teilen und führt zu einem Embryo. Die Embryonen werden im embryologischen Labor in speziellen Inkubatoren kultiviert. Hier überwachen Embryologen regelmäßig ihre Entwicklung und wählen die hochwertigsten Embryonen für den Transfer in die mütterliche Gebärmutter oder für die Vitrifikation zur späteren Verwendung aus.

Bis vor wenigen Jahren erfolgte die Embryoselektion ausschließlich auf der Grundlage der Embryomorphologie, die Parameter wie die Anzahl der Zellen, ihre Größe und den Prozentsatz der Fragmentierung berücksichtigt. Die Morphologie hängt jedoch nicht immer mit der Chromosomenausstattung des Embryos zusammen.

Menschliche Zellen bestehen aus 46 Chromosomen, Strukturen, die unsere genetische Information, unsere DNA, enthalten. Die Hälfte davon haben wir von unserem Vater geerbt, die andere Hälfte von unserer Mutter. Wir sagen, dass ein Embryo ist euploid wenn alle seine Zellen 46 Chromosomen enthalten, während ein aneuploide Embryo ist derjenige, der zu viele oder zu wenige Chromosomenkopien hat.

Heute wissen wir, dass aneuploide Embryonen weit verbreitet sind und dass dies unter anderem vom Alter der Mutter abhängt. Zum Beispiel einige 25% von Embryonen aus 30-jährige Frauen sind aneuploid. Dieser Anteil steigt bis zu 50% at 40 Jahre (Franasiak JM et al., Fertil Steril, 2014).

Aneuploide Embryonen sind mit dem Leben nicht vereinbar; Die überwiegende Mehrheit von ihnen endet mit Fehlgeburten oder implantiert sich nicht. Wir können den besten Embryo basierend auf seiner Morphologie während der In-vitro-Fertilisationstechniken auswählen, aber er kann aneuploid sein. Dies bedeutet, dass das Risiko eines Einnistungsversagens, einer Fehlgeburt oder sogar eines Kindes mit schwerwiegenden Anomalien größer ist.

Genetische Untersuchung des Embryos

Die einzige Möglichkeit, das Risiko des Transfers aneuploider Embryonen zu minimieren, besteht derzeit darin, eine genetische Studie durchzuführen, die die Anzahl der Chromosomen des Embryos in der Präimplantationsphase bestimmt; mit anderen Worten, bevor es in die mütterliche Gebärmutter übertragen wird. Diese Studie heißt PGT-A (Genetische Präimplantationstests für Aneuploidie). Es wird unter anderem insbesondere bei fortgeschrittenem mütterlichem Alter, wiederholten Fehlgeburten und wiederholten Implantationsfehlern eingesetzt.

Dieser Gentest wird von durchgeführt drei bis fünf Tage nach der Befruchtung. Zunächst muss eine durchgeführt werden Embryobiopsie, das heißt, aus jedem Embryo eine oder mehrere Zellen zu extrahieren. Dieses Material wird dann im Labor analysiert, um die Embryonen mit korrekter Chromosomenbelastung zu identifizieren. Daher haben sie eine größere Chance, zu einer normalen Schwangerschaft zu führen.

Embryobiopsie

Die Embryobiopsie ist ein entscheidender Schritt während der PGT. Sie kann am dritten Tag nach der Befruchtung durchgeführt werden, wenn der Embryo sechs bis acht Zellen hat. In diesem Fall wird eine kleine Öffnung in die sogenannte „Zona pellucida“ (die Membran, die den Embryo umgibt) gemacht, wo eine Zelle zur Analyse entnommen wird. Derzeit wird die Embryobiopsie jedoch normalerweise am 5. oder 6. Tag nach der Befruchtung durchgeführt. Diese Phase nennt man die Blastozyste Phase, und der Embryo besteht aus mehr als hundert Zellen. In diesem Fall wird eine kleine Gruppe von Zellen aus dem Trophektoderm, der äußeren Zellschicht der Blastozyste, die zur Plazenta wird, extrahiert.

Die Biopsie im Blastozystenstadium bietet wichtige Vorteile gegenüber der Biopsie an Tag 3. Einerseits können wir eine größere Menge an genetischem Material gewinnen, da wir eine größere Anzahl von Zellen entnehmen; andererseits ist es weniger schädlich, da der Embryo mehr Zellen enthält. Es ermöglicht auch den Nachweis von Embryomosaik (Embryonen aus eupliden und aneupliden Zelllinien).

Vorteile und Einschränkungen

Wie alle Techniken hat die PGT-A einige Vorteile und einige Einschränkungen. Im Vergleich zu den IVF-Zyklen, bei denen die PGT nicht durchgeführt wurde, hat die Technik folgende Vorteile:

• Verbesserung der Umsetzungsraten
• Reduzierung der Fehlgeburtenrate
• Verbesserung der Schwangerschaft durch Übertragungsraten
• Verringerung des Risikos, ein Baby mit einer Chromosomenanomalie zu bekommen

Auf der anderen Seite gibt es einige Einschränkungen:

• Es ist eine invasive Methode bei der die überwiegende Mehrheit der Embryonen die Biopsie überlebt, obwohl eine geringe Möglichkeit besteht, dass sich der Embryo nicht entwickelt.
• Es ist ein komplexe Technik das erfordert spezielle Ausrüstung und Personal mit umfassender Erfahrung.
• Es besteht die Möglichkeit einer Fehldiagnose aufgrund von Embryomosaik da nur eine der embryonalen Zelllinien nachgewiesen wird.

Nicht-invasive PGT

Im Jahr 2016 wurde der Nachweis freier DNA in der Mitte der Blastozystenkultur veröffentlicht und als Instrument zur nicht-invasiven Bestimmung der Chromosomenlast des Embryos vorgeschlagen. Diese DNA wird vom Embryo während seiner In-vitro-Entwicklung über noch nicht ganz geklärte Mechanismen in das Kulturmedium abgegeben. In den letzten Jahren haben mehrere Studien die Fähigkeit gezeigt, DNA aus dem Embryokulturmedium, insbesondere in der Blastozystenphase, nachzuweisen, zu extrahieren und zu amplifizieren, und ihre potenzielle klinische Anwendung für nicht-invasive PGT wurde bewertet.

Derzeit gibt es einige Kontroversen über den Nutzen der nicht-invasiven PGT. Die neuesten Veröffentlichungen weisen jedoch darauf hin, dass, wenn die DNA-Kontamination aus mütterlichen Zellen beseitigt und die Verfahren im Embryologielabor optimiert werden, die vom Embryo freigesetzte DNA ein guter Indikator für seine Chromosomenlast ist (Huang et al., Proc Natl Acad Sci USA, 2019; Chen et al., Front Cell Dev Biol, 2021).

Wie wird die nicht-invasive PGT durchgeführt?

Das Protokoll ist viel einfacher als die herkömmliche PGT, da keine Embryobiopsie durchgeführt werden muss. Die grundlegenden Schritte sind wie folgt:

• Am 3. oder 4. Tag nach der Befruchtung wird jeder Embryo gewaschen und in a neues Kulturmedium, wo es bis Tag 5 oder Tag 6 inkubiert wird.
• Während dieser Zeit gibt der Embryo freie DNA an das Medium ab.
• Am 6. Tag die Embryonen sind verglast und das Kulturmedium wird gesammelt und analysiert, um die freie DNA nachzuweisen und mögliche Aneuploidie zu identifizieren.

Das nicht-invasive PGT hat mehrere Vorteile gegenüber dem traditionellen PGT:

• Das Risiko einer potenziellen Embryoschädigung nach der Biopsie wird eliminiert.
• Das Protokoll ist viel einfacher.
• Die Kosten für spezielle Ausrüstung werden reduziert.

Allerdings hat es auch einige Einschränkungen:

• Die Herkunft der freien DNA der Zellen ist noch unklar. Es gibt noch einige Kontroversen ob die an das Kulturmedium abgegebene freie DNA für die Chromosomenzusammensetzung des gesamten Embryos repräsentativ ist oder nicht.
• Es ist nötig zu minimieren das Kontaminationsrisiko mit mütterlicher DNA, was zu einer Fehldiagnose führen kann.
• Es sollte sein in jedem Labor validiert. Dies beinhaltet die Optimierung und Standardisierung der Kulturbedingungen und der Protokolle zur Gewinnung aus dem Kulturmedium, um eine ausreichende Menge an freier DNA zu erhalten und eine Kontamination mit maternaler DNA zu vermeiden.

Trotz der Einschränkungen der Technik können die von der nicht-invasiven PGT bereitgestellten Informationen als System zur Priorisierung der Identifizierung der Embryonen mit der größten Wahrscheinlichkeit, dass sie euploid sind, verwendet werden, wodurch die Wahrscheinlichkeit erhöht wird, eine normale Schwangerschaft zu erreichen.

Die nicht-invasive PGT ist eine Technik mit Großes Potential und mit einigen Einschränkungen, die voraussichtlich in naher Zukunft behoben werden.