Die Urologie
Autoren
H.-Chr. Schuppe und F.-M. Köhn

Kryosperma-Konservierung und Fertilitätsprotektion

Das Ausmaß der Fertilitätsschädigung infolge einer Chemo- und/oder Radiotherapie maligner Erkrankungen ist nicht sicher vorherzusagen, die Chancen einer Erholung der Spermatogenese sind von Therapieregime, Dosis der Noxen und individuellen Faktoren abhängig. Die einzige gesicherte Präventivmaßnahme zur Fertilitätsprotektion stellt deshalb die Kryokonservierung von Spermien vor einer gonadotoxischen Behandlung bzw. vor die Reproduktionsorgane betreffenden operativen Eingriffen dar. Diese Option sollte grundsätzlich allen betroffenen Patienten zugänglich sein. Für präpubertäre Jungen mit malignen Erkrankungen kommt die Durchführung einer Hodenbiopsie zur Asservierung testikulärer Stammzellen als derzeit noch experimentelles Verfahren in Betracht.

Einleitung

Bei der Behandlung von Krebserkrankungen sind langfristige Nebenwirkungen der Therapie und Belange der Lebensqualität einschließlich des Erhalts der Fertilität von zunehmender Bedeutung. Zu den häufigsten malignen Erkrankungen mit guten Überlebens- und Heilungschancen gehören bei jungen Männern Hodentumoren, Morbus Hodgkin bzw. Non-Hodgkin-Lymphome sowie Leukämien. Hierbei ist das Ausmaß der Fertilitätsschädigung infolge einer Chemotherapie und/oder Radiatio nicht sicher vorherzusagen. Die Chancen einer Erholung der Spermatogenese sind von Regime, Dosis der Noxen und individuellen Faktoren abhängig (Trottmann et al. 2007). Darüber hinaus sind potenziell gonadotoxische Medikationen bei Autoimmunerkrankungen sowie nach Organtransplantationen zu berücksichtigen, ebenso operative Eingriffe, die sich auf die Funktion der Reproduktionsorgane auswirken. Hierzu sind auch Störungen des Samentransports, wie z. B. eine retrograde Ejakulation zu rechnen.
Therapeutisch wirksame Methoden, die Hoden vor den gonadotoxischen Effekten von Chemotherapeutika oder einer Radiatio zu schützen, stehen derzeit nicht zur Verfügung. Die Kryokonservierung von Spermien stellt somit die einzige, klinisch seit Jahrzehnten etablierte Maßnahme zur Fertilitätsprotektion dar (Schuppe und Köhn 2011). Bei bis zu 65 % der Patienten mit den oben genannten malignen Erkrankungen finden sich allerdings bereits vor Therapiebeginn Einschränkungen der Ejakulatqualität, in 3–18 % der Fälle eine Azoospermie (Trottmann et al. 2007; Kliesch 2012). In der letztgenannten Situation kann eine Hodenbiopsie zur testikulären Spermienextraktion (sog. Onko-TESE) in Betracht gezogen werden.
Besonderer Bemühungen um einen Fertilitätserhalt bedarf es bei Kindern und Jugendlichen mit malignen Erkrankungen. Je nach Entwicklungsstand ist bei Jugendlichen eine Ejakulatgewinnung und Kryokonservierung von Spermien realisierbar. Unabhängig von der Grunderkrankung weisen Adoleszenten und erwachsene Patienten eine vergleichbare Ejakulatqualität auf (Kamischke et al. 2004). Dagegen ist bei präpubertären Jungen die Spermatogenese noch nicht initiiert, eine Kryokonservierung von Spermien also nicht möglich. Ausgehend von tierexperimentellen Befunden eröffnen sich jedoch auch hier Perspektiven für Therapiestrategien unter Verwendung testikulärer Stammzellen (Gossens et al. 2013, Tournaye et al. 2014).

Indikationen für die Kryospermakonservierung

Die Indikationen zur Kryokonservierung menschlicher Spermien wurden durch die Einführung neuer reproduktionsmedizinischer Methoden erheblich erweitert (Schuppe und Köhn 2011). Während früher Proben mit Spermienkonzentrationen unter 15 Mio./ml und einer Progressivmotilität in einer Probe nach Gefrieren/Auftauen von unter 10 % als nicht verwertbar galten, können seit Einführung der assistierten Fertilisation mittels intrazytoplasmatischer Spermieninjektion (ICSI) auch Ejakulate mit stark eingeschränkter Qualität eingefroren und erfolgreich eingesetzt werden. Ebenso ist die Kryokonservierung epididymaler sowie testikulärer Spermatozoen für eine spätere assistierte Fertilisation möglich (Salzbrunn et al. 1996; Tournaye et al. 1999). Insgesamt sind folgende Indikationen für eine Kryokonservierung von Spermien zu berücksichtigen.
Indikationen für eine Kryospermakonservierung
  • Fertilitätserhalt vor Chemotherapie, Gabe anderer potenziell gonadotoxischer Pharmaka, Radiatio, fertilitätsgefährdenden operativen Eingriffen (Orchidektomie, retroperitoneale Lymphadenektomie etc.)
  • Durchführung von Maßnahmen der assistierten Reproduktion
    • Reserve bei großen intraindividuellen Schwankungen der Ejakulatqualität
    • Mangelnde Verfügbarkeit des Partners zum Zeitpunkt der Behandlung
    • Kryokonservierung epididymaler bzw. testikulärer Spermien
  • Spermienaufbereitung bei Behandlung HIV(human immunodeficiency virus)-diskordanter Paare
  • Fertilitätsprophylaxe vor Vasektomie/nach mikrochirurgischer Refertilisierung
  • Spendersperma für heterologe Inseminationen (Freigabe der Proben erst nach Quarantäne-Lagerung über mindestens 6 Monate und wiederholter infektiologischer Testung des Spenders)
  • Ejakulatproben für interne und externe Qualitätssicherungsprogramme
  • Forschungszwecke

Aufklärung und Inanspruchnahme

Die Kryokonservierung von Spermien als Präventivmaßnahme sollte grundsätzlich sowohl erwachsenen Männern mit noch nicht begonnener bzw. nicht abgeschlossener Familienplanung als auch betroffenen Jugendlichen vor Beginn fertilitätsschädigender Therapien angeboten werden. Bei der Beratung müssen neben dem Risiko des Fertilitätsverlustes durch Erkrankung und bevorstehende Therapie sowie Fragen der Fertilitätsprognose notwendige begleitende Untersuchungen, organisatorische Aspekte und Möglichkeiten der späteren Verwendung der Kryospermaproben für eine assistierte Reproduktion angesprochen werden. Hierzu gehören Details eines Vertrages über die Probenlagerung einschließlich Depotgröße und Kosten, eine andrologische Untersuchung inklusive Hormonstatus und standardisierter Ejakulatanalyse nach WHO (World Health Organization), die mikrobiologische Untersuchung des Ejakulats sowie obligat der Ausschluss relevanter Infektionen (HIV, Hepatitis-Viren; Bundesärztekammer 2006; WHO 2010; Kap. Andrologische Diagnostik bei Fertilitätsstörungen). Auch andrologische Nachsorgeuntersuchungen zur Überprüfung der reproduktiven Funktionen sollten empfohlen werden, in Abhängigkeit von Grunderkrankung und Therapieregime frühestens 9–12 Monate nach Therapieende.
Umfrageergebnisse zeigen leider, dass nur ca. die Hälfte der betroffenen Patienten eine entsprechende Beratung durch ihre betreuenden Onkologen erhalten (Schover et al. 2002, Tournaye et al. 2014). Das Thema Fertilitätsprotektion wird offenbar häufig aus falsch verstandener Scham bzw. aufgrund vermeintlicher organisatorischer Hemmschwellen gemieden. Andererseits sind ca. 50 % onkologisch erkrankter Männer an einer Kryokonservierung ihrer Spermien interessiert, insbesondere diejenigen, die zum Zeitpunkt der Diagnose noch kinderlos sind. Eine prognostisch relevante Therapieverzögerung tritt durch die Abgabe von 1–3 Ejakulaten nicht ein.
Die Abrufraten von Kryospermaproben für Maßnahmen der assistierten Reproduktion liegen nur bei 4–16 % (Schuppe und Köhn 2011). Die Anlage eines Spermien-Kryodepots als Fertilitätsreserve trägt jedoch nicht zuletzt auch zur psychischen Entlastung der Betroffenen während und nach der onkologischen Therapie bei.

Durchführung der Kryokonservierung von Spermien oder Hodengewebe

Im konventionellen Verfahren (Slow freezing) werden steril gewonnene Ejakulatproben nach vollständiger Verflüssigung und standardisierter Analyse (WHO 2010) zu gleichen Volumenanteilen mit einem Kryoprotektivum versetzt, in geeignete Gefäße gefüllt (meist sog. Straws mit 250–500 μl Volumen) und manuell, semiautomatisch oder voll programmiert schrittweise bis auf −196 °C abgekühlt. Der Zusatz eines Kryoprotektivums sowie die Optimierung der Einfriergeschwindigkeit sind erforderlich, um intrazelluläre Eiskristallbildung und osmotische Schädigung der Spermien zu reduzieren. Zur dauerhaften Lagerung werden die Proben in Kryobehälter verbracht, je nach Ausstattung in die Flüssigphase oder in die Gasphase des Stickstoffs. Analog lassen sich unter Zusatz von Kryoprotektivum auch native Hodengewebsproben kryokonservieren (Salzbrunn et al. 1996).
Durch Slow freezing können Spermienintegrität (z. B. DNA-Fragmentation) und -funktion (z. B. Motilitätsverlust) geschädigt werden. Die Erholungsrate (sog. recovery rate) der Motilität nach dem Gefrier-/Auftauvorgang beträgt in Abhängigkeit von der Ejakulatqualität 40–80 % (Schuppe und Köhn 2011). Hierbei weist die Gefrierfähigkeit humaner Spermatozoen z. T. erhebliche intra- und interindividuelle Schwankungen auf. Andererseits belegen Fallberichte über eine erfolgreiche Verwendung kryokonservierter Spermien für intrauterine Inseminationen, dass selbst nach Lagerungszeiten von bis zu 28 Jahren die für die Fertilisation biologisch wichtigen Spermienfunktionen erhalten bleiben (Clarke et al. 2006).
Eine Alternative zum Slow freezing stellt die Vitrifikation dar, bei der Spermien durch ultraschnelles Einfrieren auch ohne Kryoprotektivum unter Erhalt der Vitalität kryokonserviert werden können. Bei dieser Methode wird ein geringes Probenvolumen direkt in flüssigen Stickstoff eingetaucht, auch eine Lagerung der Proben bei −86 °C erscheint möglich (Isachenko et al. 2004; Sánchez et al. 2012). Die Vitrifikation ist vor allem zur Kryokonservierung und Lagerung von Proben mit geringer Spermienzahl geeignet, hat sich bisher jedoch nicht als Routinemethode durchgesetzt.
Der Einfriervorgang und die Lagerung von Spermien bzw. Hodengewebsproben ist lückenlos zu dokumentieren. Hierbei sollten die Identität des Patienten, Kennzeichnung, Aufbereitung und Konfektionierung der Proben, jeweilige Platzierung im Lagerbehälter sowie die Entnahme für Therapiemaßnahmen bzw. die Vernichtung von Proben jeweils von 2 Personen geprüft und dokumentiert werden. Ebenso sind die Lagerbedingungen kontinuierlich zu überwachen. Für potenziell infektiöse Proben ist eine sog. Quarantäne-Lagerung in einem gesonderten Kryobehälter erforderlich.

Kryosperma: Fertilisierungspotenzial und genetische Risiken

Schwangerschaftsraten unter Verwendung kryokonservierter Spermien werden mit 17–42 % angegeben, wobei die besten Ergebnisse mittels ICSI erzielt werden (Magelssen et al. 2005; van Casteren et al. 2008). Vergleichende Untersuchungen mit frischem und gefrorenem Spendersperma ergaben keine Unterschiede der Fertilisierungsraten und Schwangerschaftsraten nach IVF (In-vitro-Fertilisation) oder ICSI (DIR 2004). Auch bei Kryokonservierung epididymaler Spermatozoen sind bisher keine eindeutig negativen Effekte auf die Fertilisierungs- und Schwangerschaftsraten nach ICSI berichtet worden.
Genetische Risiken im Zusammenhang mit der Verwendung kryokonservierter Spermatozoen können auf die Grunderkrankung zurückzuführen sein oder aus potenziell mutagenen Behandlungsregimen wie Chemotherapie und Radiatio, der Kryokonservierung selbst sowie den Verfahren der assistierten Fertilisation resultieren (Choy und Brannigan 2013, Kopeika et al. 2015).
Wichtig
Obwohl bei Patienten mit Krebserkrankungen bereits vor Therapie vermehrt Spermatozoen mit DNA-Schäden nachweisbar sind und auch die Kryokonservierung zu einer erhöhten Rate derartiger Schäden beiträgt, liegen keine Hinweise auf besondere genetische Risiken bei der Verwendung kryokonservierter Spermatozoen vor.
Die verfügbaren epidemiologischen Daten zeigen, dass für die Nachkommen von Patienten mit malignen Erkrankungen kein erhöhtes Risiko für genetische Defekte nach Therapie besteht (Winther et al. 2012). In einer Studie wurde allerdings ein gering erhöhtes Risiko für Malformationen gefunden (Ståhl et al. 2011). Gegebenenfalls ist eine genetische Beratung bei Kinderwunsch nach malignen Erkrankungen in der Vorgeschichte bzw. vor der Verwendung kryokonservierter Spermien sinnvoll (Choy und Brannigan 2013).

Testikuläre Stammzellen: Perspektiven der Fertilitätsprotektion

Zu den derzeit noch experimentellen Verfahren zur Erhaltung einer Fertilitätsreserve zählt die Gewinnung von Stammzellen der männlichen Keimbahn aus Hodengewebsproben, mit dem Ziel einer späteren Autotransplantation oder ektopen Xenotransplantation (in immundefiziente Mäuse) bzw. einer Spermatogenese in Organkulturen in vitro bis zu Spermien, die zumindest für eine ICSI verwendbar sind (Jahnukainen et al. 2011; Gossens et al. 2013, Tournaye et al. 2014). Für die Gewinnung testikulärer Stammzellen bzw. Spermatogonien ist das oben genannte Standardverfahren der Kryokonservierung nicht geeignet; spezielle Protokolle befinden sich derzeit in Erprobung. Bei onkologischen Erkrankungen ist darüber hinaus die sichere Entfernung kontaminierender Tumorzellen aus aufbereitetem Gewebematerial problematisch.
Besonders relevant sind die Forschungsaktivitäten und zu erwartenden Fortschritte auf diesem Gebiet für präpubertäre Jungen, bei denen die Option der Kryokonservierung ejakulierter Spermien oder konventionell prozessierter Hodenbiopsien wegen der noch nicht initiierten Spermatogenese entfällt. Auf deutscher und europäischer Ebene wurden Programme gestartet, die für betroffene Jungen Entnahme und spezielle Kryokonservierung von Hodengewebe für eine spätere Isolierung und Verwendung testikulärer Stammzellen anbieten (Picton et al. 2015). Es ist davon auszugehen, dass die oben genannten experimentellen Verfahren in den kommenden Jahren in der klinischen Routine etabliert werden können.

Rechtliche Aspekte

Besteht bei einer Behandlung die Möglichkeit des Verlustes der Zeugungsfähigkeit, muss der betroffene Patient nach aktueller Rechtsprechung auf die Möglichkeit der Kryokonservierung einer Samenspende hingewiesen werden. Bei Inanspruchnahme regelt ein Vertrag zwischen der versorgenden Einrichtung und dem Patienten die Bedingungen der Probenlagerung. Hierbei ist zu beachten, dass nach deutschem Recht kryokonservierte Sperma- bzw. Hodengewebsproben nach dem Tod des Patienten nicht mehr verwendet werden dürfen und zu vernichten sind.
Für alle Institutionen, die Gewebe entnehmen und weiterverarbeiten, ist die Umsetzung der EG-Richtlinie 2004/23/EG in deutsches Recht in Form des „Gewebegesetzes“ seit dem 1. August 2007 verbindlich. Für die Entnahme, Lagerung und Weiterverarbeitung humaner Spermien muss eine Genehmigung gemäß § 20b und § 20c Arzneimittelgesetz bei der zuständigen Behörde beantragt werden.

Zusammenfassung

  • Kryokonservierung von Spermien (Ejakulat) derzeit einzige gesicherte fertilitätserhaltende Vorsorgemaßnahme vor einer potenziell gonadotoxischen Therapie.
  • Bei Krebserkrankungen Kryospermakonservierung Männern im reproduktionsfähigen Alter (mit noch nicht begonnener oder nicht abgeschlossener Familienplanung) sowie Jugendlichen vor Therapiebeginn grundsätzlich anbieten.
  • Seit Einführung der assistierten Fertilisation mittels ICSI Kryokonservierung und spätere Verwendung von Ejakulaten auch bei stark eingeschränkter Qualität.
  • Im Falle einer Azoospermie Hodenbiopsie zur testikulären Spermienextraktion (sog. Onko-TESE) möglich.
  • Option der Kryospermakonservierung vor Einsatz gonadotoxischer Medikationen auch bei anderen Krankheiten (z. B. Autoimmunkrankheiten) oder Organtransplantationen beachten, ebenso bei operativen Eingriffen mit möglicher Schädigung der Reproduktionsorgane.
  • Kryospermakonservierung als Zeugungsreserve: Beitrag zur psychischen Entlastung Betroffener, insbesondere während und nach Behandlung maligner Erkrankungen.
  • Asservierung von Hodenbiopsien für die Gewinnung testikulärer Stammzellen als Verfahren zur Erhaltung einer Fertilitätsreserve noch experimentell, jedoch insbesondere für betroffene präpubertäre Jungen bereits heute relevant.
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