Reproduktionsmedizin
Autoren
Jan-Steffen Krüssel, Dunja-Maria Baston-Büst und Alexandra Petra Bielfeld

Adjuvante Therapien in der Reproduktionsmedizin

Die Frage nach Zusatzmethoden oder zusätzlichen Maßnahmen wird vonseiten der Patienten meistens nach dem zweiten erfolglosen Embryotransfer gestellt. Beantwortet werden die Fragen selbstverständlich im Arzt-Patientinnen-Gespräch, aber dank moderner Zeiten und Internet und Social Media auch anonym in Chats, Foren und Plattformen offengelegt. In diesem Kapitel sind wir daher ähnlich vorgegangen und versuchen, in Foren mit häufig versehenen Treffern angezeigte Fragen bzw. Mythen der Reproduktionsmedizin und -biologie auf wissenschaftlicher Basis zu erörtern. Thematisiert werden der Einsatz von Akupunktur und traditioneller chinesischer Medizin, assisted hatching zur Eröffnung der Zona, Embryokultur in Time-lapse-Inkubatoren und die Bedeutung von Mitochondrien und mitochondrialen Nährstoffen für den Erfolg einer Behandlung.

Einleitung

Kinderwunschpaare, die sich einer künstlichen Befruchtung unterziehen, sind zu Beginn der Behandlung meist hochmotiviert, hoffnungsvoll und voller Vertrauen in das behandelnde Kinderwunschzentrum. Leider liegt aber selbst unter optimalen Bedingungen (Patientin unter 30 Jahre, Transfer von 2 „idealen“ Embryonen) die Schwangerschaftsrate pro Embryotransfer bei nur 42,4 %, beim Transfer eines idealen Embryos bei 30,4 % (Deutsches IVF Register Jahrbuch 2017.). Das wiederum bedeutet, dass knapp 60–70 % der Behandlungen nicht zu dem vom Patientenpaar erhofften Erfolg führen. Auch wenn dies den Kinderwunschpaaren natürlich bei Behandlungsbeginn in den Aufklärungs- und Beratungsgesprächen der betreuenden Ärzte eindeutig mitgeteilt wird, hofft jedes Paar, dass es zu den glücklichen mit einem positiven Behandlungsausgang gehört. Der erste negative Schwangerschaftstest wird meist noch akzeptiert und rational verarbeitet, doch spätestens nach dem zweiten negativen Behandlungszyklus beginnt das Paar oft, sich intensiver mit der Therapie auseinanderzusetzen und auch nach alternativen Behandlungsmethoden oder zusätzlichen Maßnahmen zu suchen. Dies führt immerhin dazu, dass knapp 9 % der Kinderwunschpaare das behandelnde Zentrum einmal und in unter 1 % der Fälle mehrmals wechseln (Sonderauswertung Drop out für das Deutsches IVF-Register 2017), vermutlich, weil sie sich dadurch einen erfolgreichen Ausgang ihrer Kinderwunschbehandlung erhoffen.
Die Patientinnen werden vor und während der Stimulationsbehandlung, der Eizellentnahme und des Transfers intensiv überwacht und stehen daher in häufigem Kontakt zum reproduktionsmedizinischen Personal. Wenn auch die Kontakte meist kurz sind, besteht doch die Möglichkeit, akute Fragen des Paares kurz zu beantworten. Diese Möglichkeit endet aber meist abrupt nach dem Embryotransfer.
Der Embryotransfer steht somit am Ende einer oft wochenlangen, körperlich und seelisch belastenden – und nicht zuletzt auch kostenintensiven – Behandlungsphase mit zunächst noch ungewissem Ausgang.
Meist findet bis zum Schwangerschaftstest kein weiterer Kontakt des Paares mit dem behandelnden Zentrum statt. Insbesondere diese Phase stellt für viele Patientinnen, natürlich aufgrund des ungewissen Ausgangs der Behandlung, eine große Belastung dar. Häufig werden normale körperliche Prozesse überinterpretiert, was zu einer weiteren Zunahme der Anspannung führt. In dieser Situation reflektieren viele Patientinnen ihre bisherige Behandlung und ihre derzeitige Situation, wodurch ein weiterer Informationsbedarf entsteht.
Eine wichtige Informationsquelle für die Kinderwunschpaare stellt heutzutage das Internet dar. In Deutschland gibt es mehr als 15 sog. „Kinderwunschforen“, in denen sich Kinderwunschpaare untereinander austauschen und sich mit mehr oder weniger fachlicher Kompetenz gegenseitig gut gemeinte Ratschläge geben.
Die Diskussion in diesen Foren erfolgt größtenteils anonym bzw. unter einem selbst gewählten Benutzernamen. Eine Moderation oder eine Kommentierung der Beiträge durch fachkundige Mediziner gibt es nur in den seltensten Fällen. Diese Anonymität führt dazu, dass auch intimste Erfahrungen teils völlig offen dargelegt werden – in einem persönlichen Gespräch z. B. in einer Selbsthilfegruppe würde dies vermutlich anders ablaufen. Bei Registrierung in diesen Kinderwunschforen und Lektüre der Beiträge ist der fachkundige Reproduktionsmediziner zwar gelegentlich erstaunt, dass einige Kommentare absolut fundiert sind, doch in vielen Fällen werden wissenschaftlich nicht haltbare oder zumindest zu hinterfragende Behauptungen aufgestellt und teils vehement verteidigt. Finden sich genügend Diskussionspartner, die aus ihrer individuellen Erfahrung solche Behauptungen unterstützen, bildet sich eine kritische Masse, und es kommt zur Entstehung eines Mythos. Die ebenfalls aus dem Internet (www.duden.de) stammende Definition des Wortes Mythos lautet: „Person, Sache, Begebenheit, die (aus meist verschwommenen, irrationalen Vorstellungen heraus) glorifiziert wird, legendären Charakter hat.“
Insbesondere um mögliche Zusatzmaßnahmen beim Embryotransfer und während der Phase zwischen Embryotransfer und Schwangerschaftstest ranken sich einige dieser Mythen oder teils auch Gerüchte, welche bereits in einem Kapitel des Themenheftes „Mythen in der Reproduktionsmedizin“ der Zeitschrift Gynäkologische Endokrinologie dargestellt wurden (Krüssel et al. 2010). In diesem Kapitel sollen nun die aktuellen Daten sowie weitere Fragen dargestellt und in den Kontext der wissenschaftlichen Literatur eingeordnet werden.
Hierzu gehören insbesondere die Fragen nach
  • TCM und Akupunktur,
  • „assisted hatching“,
  • Embryokultur mit Time-lapse-Verfahren,
  • Mitochondrien/mitochondrialen Nährstoffen.
Die Kinderwunschforen „www.wunschkinder.net“ und „www.klein-putz.net“ gehören mit – nach eigenen Angaben – ca. 100.000 bzw. 52.953 registrierten Benutzern (Stand: 28.05.2018) zu den größten virtuellen Treffpunkten für Kinderwunschpaare in Deutschland. Aus Tab. 1, welche die Anzahl der Beiträge zu den jeweiligen Stichpunkten in diesen beiden Foren beschreibt, wird ersichtlich, dass offensichtlich ein großer Informationsbedarf zu diesen Fragestellungen aufseiten der Patienten besteht.
Tab. 1
Anzahl der auf www.wunschkinder.net und www.klein-putz.net gefundenen Beiträge zu den jeweiligen Fragestellungen (Stand 28.05.2018)
Suchbegriff
Akupunktur oder TCM
11.213
>1000
„assisted hatching“
3167
>1000
„time lapse“ oder „embryoscope“
262
458
Mitochondrien/Mitochondriale Nährstoffe
24
39

TCM und Akupunktur

Zwischen Kinderwunschpatienten besteht ein reger Austausch zu Fragen, welche traditionelle chinesische Medizin (TCM) und Akupunktur betreffen.
Aus wissenschaftlicher Sicht gibt es verschiedene theoretische Ansatzpunkte für einen möglichen positiven Effekt einer Akupunkturbehandlung in der Lutealphase. Dieser könnte z. B. vermittelt werden
  • durch eine Aktivierung endogener Opioide und dadurch konsekutiver Dämpfung des zentralen, sympathischen Nervensystems (Chae et al. 2007),
  • durch eine Verbesserung des uterinen Blutflusses durch Senkung des Gefäßwiderstandes in den Aa. uterinae (Stener-Victorin et al. 1996) oder
  • durch eine Verminderung der uterinen Kontraktilität (Kim et al. 2000).
In 2006 veröffentlichten zwei Arbeitsgruppen ihre Untersuchungsergebnisse zum Einsatz einer begleitenden Akupunktur in der Lutealphase. Dieterle et al. (2006) untersuchten 225 Kinderwunschpatientinnen, welche IVF oder ICSI erhielten, anhand einer prospektiven, randomisierten Analyse. Alle Patientinnen wurden mittels GnRH-long-Protokoll vorbereitet, zur Stimulation wurden rFSH oder HMG verwendet. Alle Patientinnen erhielten eine Akupunkturbehandlung am Tag des Embryotransfers und 3 Tage nach dem Embryotransfer. Eine Gruppe von 116 Patientinnen (Verumgruppe) erhielt die Akupunktur an Punkten, welche die Fertilität positiv beeinflussen sollten, und eine Behandlung mit Caryophyllaceae-Samen, welche auf verschiedene Punkte des Ohres appliziert wurden. Eine Gruppe von 109 Patientinnen (Kontrollgruppe) wurde an Punkten akupunktiert, welche in keinem Zusammenhang zur Fertilität stehen, und erhielt keine Behandlung mit Caryophyllaceae-Samen.
In der Verumgruppe wurde eine signifikant höhere Rate an klinischen Schwangerschaften festgestellt als in der Kontrollgruppe (33,6 % vs. 15,6 %). Allerdings muss hier sicherlich diskutiert werden, dass die Schwangerschaftsrate in der Kontrollgruppe auch im Vergleich mit den Daten des DIR auffällig niedrig erscheint, sodass Kritiker der Studie behauptet haben, diese zeige nicht, dass die „richtige“ Akupunktur die Schwangerschaftsrate verbessere, sondern, dass die „falsche“ Akupunktur die Schwangerschaftsrate verschlechtere. Auch erhielt lediglich die Verumgruppe eine begleitende Behandlung mit Caryophyllaceae-Samen, sodass die höhere Schwangerschaftsrate auch hierdurch verursacht sein könnte.
Westergaard et al. (2006) wählten eine andere Herangehensweise, wobei insgesamt 273 Patientinnen in 3 Gruppen randomisiert wurden: eine Gruppe erhielt Akupunktur nur am Tag des Transfers (Verumgruppe 1, n = 95), eine zweite Gruppe am Tag des Transfers und 2 Tage nach dem Transfer (Verumgruppe 2, n = 91), und eine dritte Gruppe erhielt keine Akupunktur (Kontrollgruppe, n = 87). Die Stimulationsbehandlung war entweder im GnRH-long-Protokoll, im Antagonistenprotokoll oder im Spontanzyklus durchgeführt worden, die Fertilisation der Eizellen erfolgte abhängig vom männlichen Befund entweder mittels IVF oder ICSI. Sowohl in Verumgruppe 1 (Akupunktur nur am ET-Tag) als auch in Verumgruppe 2 (Akupunktur am ET-Tag und 2 Tage nach ET) fanden sich signifikant höhere klinische Schwangerschaftsraten als in der Kontrollgruppe ohne Akupunktur (39 % vs. 36 % vs. 24 %). Kritisch zu dieser Studie ist anzumerken, dass die Kontrollgruppe überhaupt keine Akupunktur erhielt, sodass ein möglicher Placeboeffekt nicht kontrolliert wurde und daher auch nicht ausgeschlossen werden kann.
Eine Arbeit von Collins (2006) hat trotz der Heterogenität der Studien die Daten dieser beiden Untersuchungen zusammen mit einer weiteren (Paulus et al. 2002) in einer Art Metaanalyse zusammengefasst und dadurch einen statistisch signifikanten Anstieg der Lebendgeburtenrate beschreiben können. Diese liegt anhand der 3 Studien in den Akupunkturgruppen mit 13,3 % (CI: 7,1–19,4 %) höher als in den Kontrollgruppen. Die neuesten Metaanalysen weisen allerdings keine höheren Schwangerschaftsraten nach Akupunktur mehr auf, nachdem die bislang größte Studie mit über 600 Patientinnen von Andersen et al. (2010) mit in die Berechnung aufgenommen wurde (mod. nach Sunkara et al. 2009).
Kritisch ist aber anzumerken, dass die Qualität der transferierten Embryonen in keiner der Studien erfasst wurde. Es herrscht bislang keine einheitliche Aussage zu den Akupunkturpunkten und -zeitpunkten. Die Studien sind heterogen bezüglich der Stimulationsprotokolle und verwendeten Medikamente sowie der Art der durchgeführten Behandlung (IVF oder ICSI). Gefordert wurde daher eine prospektive, randomisierte, placebokontrollierte Studie mit ausreichend großer Fallzahl, um damit eine adäquate Beurteilung dieser Zusatzmaßnahme zu ermöglichen.
Diese Studie liegt nun vor und wurde aktuell publiziert (Smith et al. 2018). Insgesamt 16 IVF-Zentren in Australien und Neuseeland untersuchten an 848 Frauen, welche sich zwischen 2011 und 2015 einer IVF oder ICSI mit Transfer im Stimulationszyklus unterzogen, den Effekt einer begleitenden Akupunkturbehandlung auf die Lebendgeburtrate. Die Teilnehmerinnen wurden prospektiv computerbasiert anhand eines Algorithmus randomisiert, wobei neben der Verteilung der Patientinnen pro teilnehmendem Zentrum auch nach Alter und Anzahl der vorangegangenen IVF-Zyklen stratifiziert wurde. Alle Patientinnen erhielten drei Akupunkturbehandlungen: einmal zwischen Stimulationstag 6 und 8 und zweimal am Tag des Transfers (eine Stunde vor und direkt nach dem Transfer). Die Patientinnen der Verumgruppe erhielten eine manuelle Akupunkturbehandlung an verschiedenen Punkten, die nach der traditionellen chinesischen Medizin zur Steigerung der Durchblutung von Uterus und Ovarien, zur Dämpfung des ZNS und zur biologischen Stressreduktion beitragen. Die Patientinnen der Kontrollgruppe erhielten eine sham-Akupunktur an anderen, nach der TCM-Klassifikation nicht wirksamen Punkten. Die Gruppenzuordnung der Patientinnen war für Reproduktionsmediziner und Patientinnen verblindet. Hierbei zeigte sich für das primäre Studienziel, die Lebendgeburtrate, kein signifikanter Unterschied zwischen Patientinnen der Verum- und Kontrollgruppe (18,3 % vs. 17,8 %, RR 1,02 [95 %CI 0,76–1,38]). Allerdings merken die Autoren an, dass der Anteil von Patientinnen mit Embryotransfer an Tag 5 (Blastozystentransfer) in der Kontrollgruppe höher war als in der Verumgruppe (31,3 % bei Verum- vs. 39,4 % bei sham-Akupunktur, RR 0,80 [95 % CI, 0,66–0,96]), was die Autoren als zufälligen Effekt der Randomisierung interpretieren. Da aber der Embryotransfer an Tag 5 per se im Vergleich mit einem Transfer an Tag 3 mit einer höheren Schwangerschaftsrate assoziiert werden kann, ist ein zufälliger negativer Effekt auf die Lebendgeburtrate in der Verumgruppe nicht komplett auszuschließen. Dennoch ist dies die bislang größte, prospektiv-randomisierte, plazebokontrollierte, multizentrische Studie und deren Ergebnis zeigt einen (positiven oder negativen) Einfluss der begleitenden Akupunktur im Rahmen der IVF oder ICSI.
Insgesamt zeigen die wissenschaftlichen Daten, dass eine Akupunktur am Tag des Embryotransfers die Schwangerschaftsrate nicht negativ beeinflusst. Eine signifikante Steigerung der Schwangerschaftsrate und der Lebendgeburtenrate lässt sich aber nicht nachweisen.

„Assisted hatching“

Neben Fragen zu TCM stellt „assisted hatching“ (AH) das in den beobachteten Kinderwunschforen am zweithäufigsten diskutierte Themengebiet dar. Hierbei scheint es auf den ersten Blick sehr einleuchtend zu sein, dass ein Ausdünnen oder Anritzen der Zona pellucida, in den meisten Fällen per Laser, manuell oder saurer Tyrod-Lösung durchgeführt, das Schlüpfen der Blastozyste aus dieser Glykoproteinhülle erleichtert und dadurch die Wahrscheinlichkeit auf eine erfolgreiche Einnistung erhöht wird (Kap. „Assisted Hatching“).
Aus wissenschaftlicher Sicht ist es aber keinesfalls so, dass die Datenlage diese These eindeutig untermauert. Trotz der Tatsache, dass AH bereits seit den 1980er-Jahren angewendet wird (Malter und Cohen 1989) und dass seitdem mehr als 350 wissenschaftliche Arbeiten zu diesem Thema publiziert wurden, ist die Frage, ob die Schwangerschaftsrate durch diese Behandlung verbessert wird, nicht eindeutig geklärt. Bei der Vielzahl der Studien bieten sich natürlich Metaanalysen an, wobei aber die große Heterogenität der Daten die Auswertung erschwert. Eine aktuelle Metaanalyse von 12 randomisierten, kontrollierten Studien zur Bedeutung des AH in Embryotransfers in Kryozyklen zeigt eine Erhöhung der klinischen Schwangerschaftsrate pro Paar und der Implantationsrate pro Embryotransfer um ca. das 1,6-Fache. Aufgeteilt nach dem verwendeten Kryoprotokoll (slow freezing vs. Vitrifikation) zeigt sich die Implantationsrate pro Transfer deutlich verbessert bei Anwendung der Vitrifikation gepaart mit AH (Zeng et al. 2018). Bei der Durchführung des AH ist eine Verdünnung vs. einer kompletten Eröffnung der Zona Inhalt vieler Diskussionen. In der Metaanalyse von Zeng konnte nur eine Studie hinsichtlich der kompletten Eröffnung mit einer um das 3,2-Fache erhöhten Implantationsrate pro Transfer ausgewertet werden (Zeng et al. 2018). Häufig sind es fehlende detaillierte Angaben und unklare primäre oder sekundäre Endpunkte, die in den Studien eine korrekte Listung erschweren. Eine 2016 publizierte Metaanalyse konnte Daten von 36 Studien aus den Jahren 1992–2014 mit den Endparametern klinische Schwangerschaftsrate und in reduziertem Umfang Lebendgeburtenrate, Mehrlings- und Abortrate identifizieren (Li et al. 2016). Dieser mit 22 Jahren sehr große Zeitraum stellt hinsichtlich der Anforderungen und Kulturbedingungen im IVF-Labor inkl. der Veränderungen in der Kryotechnik, der veränderten Stimulationsprotokolle und des Durchschnittsalters der Patientinnen eine große Herausforderung dar. Über alle Parameter (IVF oder ICSI, Verdünnung, Eröffnung, komplette Auflösung der Zona, Frisch oder Kryo-ET, vorherige frustrane Behandlung etc.) zeigt das AH eine leichte Erhöhung der klinischen Schwangerschaftsrate um das 1,16-Fache einhergehend mit einer Erhöhung der Mehrlingsrate um das 1,5-Fache. Insbesondere die Erhöhung der Mehrlingsrate, aber nicht der Rate monozygoter Mehrlinge, nach AH wird als Kritikpunkt in der aktuellen Richtlinie der ASRM aufgegriffen und verhindert den Einsatz von AH als Standardmethode nach IVF und ICSI (Practice Committee of the American Society for Reproductive Medicine 2014). Weiterer Kritikpunkt ist, dass trotz der jahrelangen Anwendung der Methode valide Daten zur Lebendgeburtenrate nach AH bis heute fehlen.
Kritisch ist hier sicher die Heterogenität der Studien mit Hinblick auf das Alter der Patientinnen, Embryonenqualität und -anzahl, Wahl der Stimulationsprotokolle und Art der Behandlung (Frisch- oder Kryo-ET) zu werten. Ob sich dieser Trend jedoch mit der weiteren Einschleusung prospektiv-randomisierter Studien zu diesem Thema bestätigen wird, bleibt abzuwarten.
Auf Basis der aktuellen Datenlage scheint sich ein positiver Effekt des AH, v. a. in der Subgruppe von Patientinnen mit wiederholtem Implantationsversagen und schlechter ovarieller Antwort (poor response), anzudeuten.

Embryokultur mit Time-lapse-Verfahren

Für die Selektion des Embryos mit dem größten Entwicklungspotenzial, um die individuelle Schwangerschaftswahrscheinlichkeit für die Kinderwunschpatientinnen zu erhöhen, werden Kulturbedingungen benötigt, die eine störungsfreie/-reduzierte Kultur in vitro unterstützen. Durch die Innovationen des letzten Jahrzehnts wurde eine ungestörte Kultur durch die Entwicklung von Time-lapse-Inkubatoren möglich. Charakteristisch für diese Inkubatoren ist eine im Gerät verankerte Kamera, die abhängig vom Hersteller und Programm in einem zeitlich definierten Abstand Fotos der kultivierten Embryonen anfertigt, ohne dass diese hierfür aus dem Gerät entnommen werden müssen. Insbesondere beim früheren Standardeinsatz großvolumiger Inkubatoren wurde die Atmosphäre durch einmaliges Öffnen der Tür für mindestens eine Stunde zerstört (Nastri et al. 2016). Die Zufuhr von gasförmigem Stickstoff erlaubt in den zumeist kleinvolumig konstruierten Geräten eine Erniedrigung auf nahezu für den weiblichen Reproduktionstrakt physiologische, erniedrigte Sauerstoffkonzentrationen von unter 6 % statt der atmosphärischen 20 %. Darüber hinaus wurden in den letzten Jahren kontinuierliche, Single-step-Medien entwickelt, die nicht mehr gemäß des Shifts von Pyruvat zu Glucose mit Aufnahme der Glykolyse an Tag 3 der Embryokultur erneuert werden müssen.
Die nichtinvasive Aufzeichnung der Entwicklung und Teilungen des Embryos mittels videografischer Einheit wird oft unter dem Begriff Morphokinetik geführt (Kiessling 2010). Es gibt einige wichtige Eckdaten, die für die Beurteilung der zeitlichen Entwicklung von Embryonen angewendet werden können:
  • Zeitpunkt der Auflösung von mütterlichem und väterlichem Vorkern
  • Zeitintervall bis zur ersten Zellteilung
  • Zeitintervall bis zur zweiten und dritten Zellteilung
  • Dauer ungerader Anzahl an Blastomeren (3-, 5-, 7-Zeller)
  • Zeitpunkt der Blastozoelbildung
  • Zeitpunkt der Expansion der Blastozyste
Darüber hinaus können unphysiologische Teilungen, z. B. 1- zu 3-Zeller, visualisiert werden neben Vakuolen sowie in ihren Teilungen sehr unruhige Embryonen und reverse Teilungen. Einige Charakteristika können allgemein für die Erstellung von Algorithmen, die retrospektiv die Entwicklung der Embryonen mit einer resultierenden klinischen Schwangerschaft korrelieren, herangezogen werden und finden auch Einzug in objektivierte kommerzielle Auswertungstools, die die Arbeit von Embryologen unterstützen (Coticchio et al. 2018; Desai et al. 2014; Dominguez et al. 2015; Yang et al. 2018a, b; Zhan et al. 2016). Aktuell ist eine Metaanalyse bei Cochrane erschienen, deren Ergebnisse aufgrund von geringen Fallzahlen, Bias und ungenauen Angaben allerdings mit Vorsicht zu interpretieren ist. Es fanden sich keine Unterschiede hinsichtlich klinischer Schwangerschafts-, Lebendgeburten- und Abortrate bei morphologischer Auswahl des zu transferierenden Embryos. Die Studien zum Einsatz der kommerziell erhältlichen Algorithmusprogramme bildeten keine Lebendgeburtenrate ab. Insgesamt fehlen auch hier große, randomisierte und verblindete Studien (Armstrong et al. 2018).
Die Nutzung von kontinuierlichen Kultivierungstechniken inkl. eines Time-lapse-Inkubators verbessert die individuellen Bedingungen für die Embryonen und erlaubt die Identifikation von Un- und Regelmäßigkeiten in der Entwicklung. Große Kohortenstudien mit definierten Zielparametern fehlen bislang.

Mitochondrien/Mitochondriale Nährstoffe

Mitochondrien sind kleine doppelmembranumschlossene Zellorganellen, die in Zellen fast aller Eukaryoten vorkommen. Sie sind an der Regulation mehrerer essenzieller zellulärer Prozesse wie Erzeugung von Energie in Form von ATP über den Prozess der oxidativen Phosphorylierung, Apoptose, Aminosäuresynthese, Kalziumhomöostase beteiligt (Dumollard et al. 2009). Da sie die von der Zelle benötigte Energie erzeugen, werden sie auch als „Kraftwerke der Zelle“ bezeichnet. Im Gegensatz zu anderen zellulären Organellen enthalten Mitochondrien ihre eigene DNA (mtDNA). Die mtDNA trägt wichtige genetische Informationen über den Zellstoffwechsel und die Elektronentransportkette. Sie ist zirkulär und besteht aus 16,6 kb doppelsträngiger DNA. Darin kodierte Gene spielen eine Schlüsselrolle im Zellstoffwechsel. Dies geschieht durch die Produktion von Komplexen innerhalb der Elektronentransportkette, die in der inneren mitochondrialen Membran lokalisiert und für die Produktion von ATP in der Zelle lebenswichtig sind (Anderson et al. 1981).
Die Hülle der Mitochondrien besteht aus einer äußeren und einer inneren Membran, die 5 unterschiedliche Kompartimente bilden, die sich in ihren Eigenschaften deutlich unterscheiden (Voet et al. 2006). Entgegen der allgemeinen Vorstellung, dass Mitochondrien in der Zelle als separate, bohnenförmige Organellen auftreten, bilden sie häufig tubuläre Netzwerke, welche die Möglichkeit haben, in der Zelle umverteilt werden zu können, um einerseits beschädigte Organellen zu ersetzen und sich andererseits intrazellulären Energiebedürfnissen variabel anzupassen (Palmer et al. 2011). Überdies sind Mitochondrien in der Lage, sich durch Fusion zu verbinden und durch Fission wieder zu teilen. Bestimmt durch den Volumen- und Energiebedarf der Zelle reicht der mitochondriale Inhalt von Säugetierzellen von einigen hundert bis zu mehreren Tausenden.
Die reife menschliche Eizelle gehört zu den Zellen mit dem höchsten Gehalt an Mitochondrien und mtDNA (May-Panloup et al. 2005).
Die mitochondriale Replikation in der Eizelle beginnt bereits während der fetalen Entwicklung in den Oogonien, die dann ungefähr 200 Mitochondrien enthält. Der Replikationsprozess schreitet dann parallel mit der Eizellreifung fort, sodass eine reife Eizelle der Metaphase II kurz vor Fertilisierung ca. 150.000–700.000 Mitochondrien und zwischen 50.000 und 550.000 Kopien der mtDNA enthält (Chen et al. 1995; May-Panloup et al. 2005; Motta et al. 2000; Santos et al. 2006). Embryonen von Säugetieren, zu deren Gattung auch der Mensch gehört, erben Mitochondrien und damit auch mtDNA ausschließlich von den mütterlichen Eizellen. Quantifizierungsdaten von mtDNA menschlicher Embryonen legen nahe, dass die Menge an mütterlich transferierten Mitochondrien während der ersten drei Tage der Präimplantationsentwicklung konstant bleiben und eine signifikante eigenständige Mitochondrienreplikation des Embryos erst im Blastozystenstadium stattfindet, wenn die zelluläre Differenzierung in Trophektoderm und innere Zellmasse vollzogen wird (St. John et al. 2010). Dies passt zu dem hohen Energieverbrauch, den die Präimplantationsembryonen aufweisen, der im Blastozystenstadium durch die schnell fortschreitenden multiplen Zellteilungen nicht mehr durch die maternalen Mitochondrien gedeckt zu werden vermag. Die ATP-Produktion der Blastozyste wird dementsprechend hoch reguliert, um die energetischen Voraussetzungen für die benötigten Differenzierungsprozesse, die für eine erfolgreiche Implantation notwendig sind, zu liefern. Daraus ergibt sich die Frage, ob die Qualität eines Embryos durch den Gehalt an mtRNA definiert werden kann. Hierzu kann das embryonale Trophektoderm analysiert werden. Eine aktuelle prospektive Studie untersuchte den klinischen Einfluss der Quantifizierung der mtDNA auf den Eintritt einer Schwangerschaft (May-Panloup et al. 2005).
Die mitochondriale Beteiligung am allgemeinen Alterungsprozess steht im Zusammenhang mit der generell fortschreitenden Verschlechterung der pleiotropen Funktionen im Alter in Bezug auf die Energieproduktion und in der Regulierung der verschiedenen zellulären Signalwege (Bratic und Larsson 2013; Eichenlaub-Ritter 2012; Tilly und Sinclair 2013). Eine Studie an Maus-Oozyten zeigte demzufolge eine altersbedingte Veränderung der Genexpressionsmuster von Genen, die sowohl direkt an mitochondrialen Funktionen beteiligt sind, und darüber hinaus von Genen, die in die Regulation des oxidativen Stress involviert sind (Hamatani et al. 2004). Studien im humanen Bereich assoziieren Mitochondrien und ihr Genom mit dem reproduktiven Altern von Frauen im Sinne einer Zunahme von embryonalen Chromosomenanomalien. Hier wird ein direkter Zusammenhang zwischen der Menge an mtDNA und dem Potenzial eines Embryos, zu einer erfolgreichen Schwangerschaft zu führen, postuliert. In dieser Studie zeigte die mtDNA-Analyse von fast 200 Blastozysten, dass einige wenige Blastozysten eine ungewöhnlich hohe Menge an mtDNA enthielten. Die Blastozysten wurden alle einem genetischen Präimplantationsscreening auf Aneuploidie unterzogen, bevor ein elektiver Single-Embryotransfer (eSet) von chromosomal integeren Blastozysten mit guter Morphologie durchgeführt wurde. Alle Blastozysten, die zu einer Schwangerschaft führten, hatten mtDNA-Konzentrationen, die als normal/niedrig angesehen wurden. Während Blastozysten mit ungewöhnlich hohen Mengen an mtDNA in keinem Fall zu einer Schwangerschaft führten (Fragouli et al. 2017). Daher könnte die Quantifizierung der mtDNA euploider, morphologisch regulärer Embryonen ein neuartiger Weg sein, Embryonen mit der höchsten Fähigkeit, zu gesunden Schwangerschaften und Lebendgeburten zu führen, zu identifizieren. Die mtDNA gibt darüber hinaus einen Hinweis auf die Euploidie eines Embryos, denn die gleiche Arbeitsgruppe hatte zuvor herausgefunden, dass aneuploide Embryonen unabhängig vom mütterlichen Alter höhere mtDNA-Level aufwiesen. Das mütterliche Alter spielt jedoch ebenfalls eine Rolle, denn Embryonen von älteren Müttern hatten im Durchschnitt höhere mtDNA-Werte. Interessant ist hier noch, dass die chromosomale Untersuchung mittels Next-Generation-Sequencing der Embryonen mit erhöhter mtDNA keine Erhöhung von Mutationen zeigte. Hier scheint also wirklich der erhöhte Metabolismus mit der reduzierten Lebensfähigkeit assoziiert zu sein, was vereinbar mit der Hypothese des „stillen Embryos“ ist (Fragouli et al. 2015). Im Bereich der assistierten Reproduktion hat die Technologie der mtDNA-Bestimmung von euploiden Embryonen als Biomarker für das Implantationspotenzial bereits einen ersten Einzug gehalten (MitoScore® Igenomix), ist aber noch kein Standardverfahren.
Da nun evident ist, dass die Mitochondrien für die Integrität der Eizelle und des daraus resultierenden Embryos maßgeblich sind, schließt sich die Frage an, ob die Mitochondrien der Eizelle numerisch gesenkt oder in sich gestärkt werden können? Mikronährstoffe werden schon lange mit unterschiedlicher Bewertung in der assistierten Reproduktion diskutiert und angewendet. Während bereits mehrere In-vitro- und Tierstudien einen signifikanten Nutzen der sog. Fertilitätsdiät gezeigt haben, sind die vom Menschen verfügbaren Daten nach wie vor knapp, was die Bestimmung von Wirksamkeit und Sicherheit erschwert. Die beim Menschen durchgeführten Untersuchungen zeigten jedoch einen generellen Trend zur verbesserten Mitochondrienfunktion und damit reproduktiven Nutzen für Patienten (Shaum und Polotsky 2013). Eine orale Supplementation mitochondrialer Nährstoffe beinhaltet u. a. α-Liponsäure (ALA), Koenzym Q10, Resveratrol, und Omega-3- und -6-Fettsäuren.
Die α-Liponsäure (ALA) ist ein Kofaktor für mitochondriale α-Ketosäure-Dehydrogenase-Komplexe und ist eines der stärksten natürlichen Antioxidanzien. Die reduzierte Form von ALA, Dihydroliponsäure, ist ebenfalls ein starkes mitochondriales Antioxidans, das Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid (NADH)-abhängig generiert wird (Moini et al. 2002). In Mausstudien erwies sich ALA als essenziell für eine normale Embryonalentwicklung (Yi und Maeda 2005). Koenzym Q10 (CoQ10) ist ein zelluläres Antioxidans und lipidlöslicher Elektronentransporter, welcher Elektronen von den Komplexen I und II zum Komplex III in der mitochondrialen Atmungskette bringt und essenziell für die Stabilität von Komplex III ist. Dies ist wichtig, denn Studien, in denen Inhibitoren der Komplexe I und II eingesetzt wurden, zeigten eine starke Anhäufung von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS). Eine erhöhte ROS-Produktion wiederum ist assoziiert mit der Oxidation von Fettsäuren und dementsprechend Membranen, Apoptose, Enzymdefiziten, die die Aktivität der oxidativen Phosphorylierung herabsetzen, und einer reduzierten Aktivität von Antioxidanzien (Bentov et al. 2011). Damit sind hohe Konzentrationen von ROS mit mtDNA-Schäden assoziiert. mtDNA mit ihrem prokaryoten Urspung ist besonders sensibel gegenüber oxidativen Schäden, da sie weder protektives Histon noch nichtkodierende Introns aufweisen, was die Beschädigung einer kodierenden Region erhöht. Hier entsteht ein Teufelskreis, bei dem eine initiale ROS-induzierte Beeinträchtigung der Mitochondrien zu einer erhöhten Produktion von Oxidationsprodukten führt, was wiederum weitere Schäden an den Mitochondrien provoziert. Alte Mitochondrien erscheinen daher morphologisch und funktionell verändert und produzieren mehr freie Radikale und weniger ATP. Darüber hinaus beteiligt sich das Koenzym Q10 (CoQ10) am Protonentransport zur Aufrechterhaltung des Membranpotenzials der Mitochondrien und unterstützt die ATP-Bildung. Altersbedingt und durch pharmakologische Stoffe, wie z. B. Statine, kommt es zu einem Rückgang der ATP-Spiegel. In einer Studie an Rinderembryonen, die mit CoQ10 kultiviert wurden, zeigte sich eine höhere Rate an Blastozysten sowie ein höherer Prozentsatz von expandierenden Blastozysten. Diese Veränderungen wurden mit einem erhöhten ATP-Gehalt in Verbindung gebracht (Bentov et al. 2011).
Das v. a. als sekundärer Pflanzenstoff in Rotwein bekannte Resveratrol ist ein Polyphenol, das zu der Familie der Phytoalexinen gehört, sog. Verteidigungsmoleküle, die von Pflanzen als Antwort auf eine Infektion produziert werden. Trauben (v. a. rote), Himbeeren, Maulbeeren und Erdnüsse sind eine reiche Bezugsquelle für Resveratrol. In letzter Zeit hat es über seine Fähigkeiten, den Alterungsprozess aufzuhalten und altersbedingten Erkrankungen vorzubeugen, Aufmerksamkeit erhalten (Bentov et al. 2011). Als starkes Antioxidans wirkt es als Aryl-Kohlenwasserstoff-Rezeptor-Antagonist und aktiviert Sirtuin-1 (SIRT1). Mäuse, die mit Resveratrol behandelt wurden, lebten länger und zeigten eine verstärkte Insulinempfindlichkeit und eine erhöhte Anzahl an Mitochondrien. Transgene Mäuse, die SIRT1 überexprimieren, zeigten demgemäß die positiven Auswirkungen von Resveratrol auf den Stoffwechsel, was darauf hindeutet, dass dieses Gen sein Hauptvermittler ist (Pearson et al. 2008; Pfluger et al. 2008).
In der aktuellen Studienlage zum Thema Verbesserung der mitochondrialen Funktion als Mittel zur Steigerung der Eizellqualität spielt v. a. der Einsatz von CoQ10 eine Rolle. Eine Studie an 35- bis 43-jährigen Patientinnen, die eine IVF-ICSI-Therapie nach 2-monatiger verblinderter Einnahme von täglich 600 mg CoQ10 vs. Placebo eingenommen haben, zeigte einen durch Polkörperanalyse nachgewiesenen Trend bezüglich der Reduktion des Anteils aneuploider Embryonen. Durch den vorzeitigen Abbruch der Studie wegen eines möglichen negativen Effekts auf die Embryonen durch die Polkörperentnahme war keine abschließende Aussage über die wirkliche Effektivität des CoQ10 möglich (Ben-Meir et al. 2015). Eine weitere Studie, die zwar am Mausmodell durchgeführt wurde, aber Analogien zum Menschen zulassen sollte, beschreibt die verzögerte Erschöpfung der ovariellen Reserve und die Wiederherstellung der mitochondrialen Genexpression und Aktivität durch die 3- bis 4-monatige Einnahme von CoQ10. Die Autoren sehen eine Übertragbarkeit auf den Menschen als gerechtfertigt an, geben jedoch zu bedenken, dass die Einnahmezeit des CoQ10 der Maus bezogen auf die Lebenszeit eine Einnahmezeit des Menschen von ungefähr 10 Jahren entsprechen würde. Daher bleibt die Wirksamkeit nach wie vor zu klären.
Die Omega-3- und -6-Fettsäuren gehören zu den mehrfach ungesättigten Fettsäuren, die essenziell für die menschliche Ernährung sind und nicht vom Körper selbst hergestellt werden können. Sie sind in Algen, Pflanzen und Fischen enthalten. Ihre Wirkung wird durch die biologisch aktiven Stoffwechselprodukte, den Eicosanoiden vermittelt (Chiu et al. 2018). Eine aktuelle epidemiologische Studie über die Assoziation von mehrfach ungesättigten Fettsäuren und den Erfolg von ART-Behandlungen berichtete über gesteigerte Raten von Frauen in einem nordamerikanischen Kollektiv, die eine Schwangerschaft anstrebten. Hingegen wurde diese positive Assoziation in einer dänischen Kohorte nicht gefunden. Allerdings war in dieser Kohorte eine grundsätzlich niedrige Aufnahme an Omega-3-Fettsäuren selten (Wise et al. 2017). Zumindest fand sich in dieser Kohorte eine höhere Anzahl an Implantationen, definiert durch die Anwesenheit von Fruchtsäcken im Ultraschall (Jungheim et al. 2013).
Obwohl große, randomisierte, verblindete Studien bislang fehlen, scheinen mitochondriale Nährstoffe eine Möglichkeit zur Unterstützung der zellulären Funktion von Oozyten zu sein.

Fazit für die Praxis

Offensichtlich besteht bei vielen Patientinnen ein Informationsbedarf, welcher nicht im Arzt-Patientinnen-Gespräch gedeckt wird. Stattdessen versuchen viele Patientinnen, ihre Fragen im Internet über den Austausch mit anderen Betroffenen zu klären, wodurch die Unsicherheit oft noch verstärkt wird. Aus wissenschaftlich-medizinischer Sicht lassen sich viele Mythen so entmystifizieren:
  • Eine Akupunkturbehandlung am Tag des Transfers könnte die Schwangerschaftsrate verbessern, doch fehlt eine klar strukturierte Studie mit ausreichender Fallzahl.
  • Beim „assisted hatching“ kann trotz großer Fallzahlen keine klare Verbesserung der Schwangerschaftsraten gezeigt werden, doch scheint sich ein positiver Effekt des AH, v. a. in der Subgruppe von Patientinnen mit wiederholtem Implantationsversagen, anzudeuten.
  • Die unterstützende Therapie mit mitochondrialen Nähstoffen scheint einen möglichen positiven Effekt auf die Eizellqualität auszuüben.

Zusammenfassung

Die extrakorporale Befruchtung, der Embryotransfer und die Phase zwischen Embryotransfer und Schwangerschaftstest werden von vielen Mythen umrankt, welche v. a. durch die mangelnde Information der Kinderwunschpatientinnen, deren Unsicherheit und Angst entstehen. Verstärkt wird diese Unsicherheit oftmals durch die Tatsache, dass der Informationsbedarf nicht durch ein Arzt-Patientinnen-Gespräch gedeckt wird, sondern durch den Austausch mit anderen, oft nicht besser informierten Patientinnen über das Internet. Dies kann dann dazu führen, dass Patientinnen nach begleitenden Therapien fragen, welche aus medizinisch-wissenschaftlicher Sicht oftmals fragwürdig erscheinen oder erwiesenermaßen unsinnig sind. Der vorliegende Beitrag stellt die häufigsten Diskussionspunkte vor und setzt diese in einen wissenschaftlichen Kontext, um die Beratung der Patientinnen zu vereinfachen.
Interessenkonflikt
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