Wie läuft die genetische Präimplantationsdiagnostik ab?

Die Präimplantationsdiagnostik (PID) ist ein Gentest von Embryonen, die durch In-vitro-Fertilisation (IVF) gewonnen wurden.

Zweck der PID ist es, gesunde und einnistungsfähige Embryos auszuwählen. Darüberhinaus ist die PID die am besten geeignete Methode um die Übertragung von Erbkrankheiten zu vermeiden, da sie Embryos mit DNA-Mutationen erkennt, die für den Embryotransfer verworfen werden.

Die PID muss von Embryologen und Genetikern durchgeführt werden, da es sich um komplizierte Techniken wie Blastomerenbiopsie und Methoden der Molekulargenetik handelt.

Vorgehensweise der PID

Die IVF mit PID ist eine der aufwändigsten Behandlungen in der Reproduktionsmedizin und umfasst daher mehrere Schritte von der ovariellen Stimulierung bis zum Embryotransfer. Diese erklären wir hier:

IVF

besteht in der Stimulierung der Eierstöcke der Frau, der Gewinnung der Eizellen durch Follikelpunktion und schließlich der Befruchtung der Eizellen mit Spermien des männlichen Partners oder eines anonymen Spenders.

Entwicklung des Embryos

Die sich in Kultur befindenden Embryos werden täglich auf ihre Eigenschaften hin untersucht, da zur Biopsie eine Mindestqualität notwendig ist, die ihr Überleben garantiert.

Zellbiopsie

Entnahme von einem oder mehreren Blastomeren (Embryozellen) für den anschließenden Gentest. Sie kann an Tag-3-Embryonen oder nach Erreichen des Blastozystenstadiums am Tag 5 durchgeführt werden. Die extrahierte Zelle wird dann vorsichtig in ein Röhrchen gegeben, ein Vorgang, der als Tubing bezeichnet wird.

Gentest

Untersuchung der Chromosomen und/oder Gene der biopsierten Zellen, um mögliche Veränderungen in ihnen zu identifizieren. Konkret ist die Chromosomenanalyse besser bekannt als Pränatales genetisches Screening, der Begriff PID hingegen wird für die Analyse bestimmter genetischer Mutationen verwendet.

Embryotransfer

genetisch gesunde Embryonen werden für den Transfer in die Gebärmutter der Mutter oder die Kryokonservierung für zukünftige Versuche ausgewählt.

Wie wird eine PID Schritt für Schritt durchgeführt?

Es ist zu beachten, dass der Embryotransfer im Frische- oder Kryozyklus durchgeführt werden kann. Dies hängt von der für die Auswertung der Ergebnisse notwendigen Zeit ab, wobei es durchaus üblich ist, die Embryonen einzufrieren.

Embryobiopsie

Bei der Embryobiopsie werden eine oder mehrere Zellen, sogenannte Blastomeren, entnommen, um die DNA der Embryonen auf genetische Veränderungen zu analysieren.

Die Lebensfähigkeit des Embryos kann bei dieser Biopsie gefährdet sein, da der Verlust einer Zelle den Embryo zu sehr belasten kann und er möglicherweise nicht überlebt. Daher ist es notwendig, dass diese Zellextraktion von hochspezialisiertem und erfahrenem Laborpersonal durchgeführt wird.

Der auf PID spezialisierte Embryologe, Dr. Antonio Alcaide, erklärt die Besonderheiten dieses Verfahrens:

Die Entnahme der Zelle zur Analyse bei der Präimplantationsdiagnostik erfolgt durch eine Biopsie. Dazu muss ein kleines Loch in die äußerste Schicht des Embryos gemacht werden. Im Anschluss wird eine der Zellen herausgenommen und die DNA im Zellkern dieser Zelle untersucht.

Die Embryo-Biopsie kann an Tag 3 oder Tag 5 durchgeführt werden. In beiden Fällen ist die Befruchtung durch eine ICSI notwendig.

Bei der klassischen IVF befinden sich Spermien und Granulosazellen an der Zona pellucida des Embryos. Dadurch kann es zu einer Kontamination der entnommenen Blastomere kommen und das Ergebnis der PID verfälschen.

Blastomerenbiopsie am 3 Tag

Am dritten Tag der Embryonalentwicklung haben Embryonen guter Qualität in der Regel 8 Zellen, obwohl sie je nach Teilungsrate auch zwischen 6 und 10 Zellen haben können.

Wenn die Biopsie also genau zu diesem Zeitpunkt durchgeführt wird, wird nur ein einziges Blastomer aus dem Embryo entnommen, oder höchstens 2, um seine Lebensfähigkeit nicht zu gefährden.

Bei dem Verfahren wird mit Laserimpulsen oder chemischen Mitteln, wie z. B. Tirodesäure, ein Loch in die Zona pellucida des Embryos gemacht. Sobald dieses Loch gemacht ist, wird das Blastomer durch Aspiration extrahiert.

Tag-3 Blastomeren biopsie

Nach der Embryonenbiopsie gibt es zwei mögliche Optionen für die Embryonen:

Blastozystenkultur

die Embryonen werden in der Kultur belassen, um ihre Entwicklung fortzusetzen, während die Ergebnisse des Gentests abgewartet werden. Daher wird der Embryotransfer im Blastozystenstadium an Tag 5 stattfinden.

Embryovitrifikation

die Embryonen werden nach der Biopsie eingefroren, um in einem späteren Zyklus übertragen zu werden.

Hier lesen Sie mehr darüber: Transfer von gefrorenen Embryos.

Trophoektoderm-Biopsie am 5. Tag

Am fünften Tag der Entwicklung ist der Embryo zu einer so genannten Blastozyste geworden. Dabei handelt es sich um einen größeren Embryo, der aus einer Vielzahl von Zellen und mit 3 differenzierten Teilen besteht:

Interne Zellmasse (IZM)

daraus entsteht der zukünftige Fötus.

Blastozele

ist ein mit Flüssigkeit gefüllter innerer Hohlraum.

Trofoectoderm

ist die äußere Schicht, aus der die Plazenta und andere extraembryonale Strukturen hervorgehen.

Obwohl es sich um unterschiedliche Zellpopulationen handelt, haben sowohl IZM - als auch Trophoektodermzellen das gleiche Erbmaterial. Deshalb können einige wenige Zellen aus dieser äußeren Schicht für die PID-Analyse entnommen werden.

Bei der Durchführung der Blastozystenbiopsie ist es notwendig, das Loch vorsichtshalber nicht an der IZM zu machen, um mögliche Schäden zu vermeiden.

Andererseits ist es günstiger, die Zona pellucida mit den kurzen Impulsen des Lasers zu punktieren als mit Tirodesäure, da letztere bei der Ausdehnung der Blastozyste ihre Dicke stark reduziert hat und die Verwendung eines chemischen Mittels sie beschädigen könnte.

Sobald ein ausreichendes Loch zum Einführen der Biopsiepipette entstanden ist, werden die Zellen durch Aspiration entnommen. Um die zu entfernenden Zellen von denen zu trennen, die im Embryo verbleiben, können Laserimpulse helfen.

Tag 5 Trophoestoderm-Biopsie

In diesem Fall müssen die Embryonen nach der Biopsie eingefroren und in einem späteren Zyklus übertragen werden, da die Ergebnisse des Gentests mehrere Tage dauern und die Embryonen nicht überleben könnten wenn sie währenddessen in Kultur gehalten werden.

Pränatales genetisches Screening

Das genetische Präimplantationsscreening, auch Preimplantation Genetic Screening genannt, ist eine Art der PID, bei der Embryonen auf mögliche Aneuploidie getestet werden.

In diesem Fall werden Veränderungen in der Anzahl oder Struktur der Chromosomen identifiziert. Daher sind der Gewinn oder Verlust eines Chromosoms sowie Veränderungen in seiner Struktur Anomalien, die zu nicht lebensfähigen Embryonen oder Neugeborenen mit Chromosomopathien wie dem Down-Syndrom führen können.

In einigen Kliniken wird diese Art der PID auch als Aneuploidie-screening genannt. Im folgenden Abschnitt erklären wir die verwendeten Gentests zur Erkennung von Aneuploidien:

FISH-Test

Die Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH) ist eine Technik, die traditionell bei der Untersuchung von Chromosomenanomalien eingesetzt wird.

Es ermöglicht nur die Analyse bestimmter Regionen von 9 Chromosomen (13, 15, 16, 17, 18, 21, 22, X und Y). Diese Chromosomen sind jedoch an einer Aneuploidie beteiligt, die zu wiederholten Fehlgeburten oder der Geburt kranker Kinder führen kann.

Das Verfahren besteht in der Zugabe von Fluoreszenzsonden für bestimmte Regionen der zu untersuchenden Chromosomen. Im Anschluss kann das Fluoreszenzsignal durch ein spezielles Mikroskop visualisiert werden und man erkennt, ob eine der analysierten Regionen fehlt oder, im Gegenteil, ob mehr Kopien vorhanden sind, als es sein sollten.

FISH-Chromosomenanalyse

Da die Tatsache, nur eine bestimmte Anzahl von Chromosomen zu analysieren, eine Einschränkung darstellt, wird FISH als unvollständige Analyse betrachtet und heutzutage durch andere Techniken ersetzt, die eine vollständige genetische Analyse des Embryos ermöglichen.

CGH-Arrays

Die Array of Comparative Genomic Hybridization (A-CGH) ist eine Technik, die es erlaubt, ein umfassendes Chromosomenscreening (Comprehensive Chromosome Screening) durchzuführen, d.h. die 23 Chromosomenpaare werden gleichzeitig auf der Suche nach Regionen mit einer Chromosomenveränderung analysiert.

Zur Durchführung dieses Gentests werden eine Kontroll-DNA und die zu untersuchende DNA-Probe aus der extrahierten embryonalen Zelle verwendet. Beide DNA-Stränge werden mit unterschiedlichen Fluoreszenzsonden markiert und dann auf den Microarray hybridisiert.

Mit dieser Methodik ist es möglich, die DNA des Embryos mit der der Referenzprobe zu vergleichen und Verluste (Deletionen) oder Gewinne (Duplikationen) von Erbgut zu identifizieren, die zu embryonalen Defekten führen könnten.

Genetische Analyse durch CGH-Arrays

Auch wenn diese Technik viel aussagekräftiger ist als FISH, führt sie nur quantitative Vergleiche durch, d.h. sie erkennt, ob ein Mangel oder ein Überschuss an genetischem Material vorliegt. Daher erkennt es keine Chromosomenfragmenten die sich an der falschen Stelle befinden, wie Inversionen oder Translokationen.

PID bei monogenetischen Krankheiten

Monogenetische Erkrankungen sind solche, die durch Mutationen in einem einzigen Gen verursacht werden, wie z. B. Mukoviszidose, Hämophilie oder Fragiles X-Syndrom.

Außerdem handelt es sich um Erbkrankheiten, die von den Eltern auf die Kinder übertragen werden. Daher ist es notwendig, vor der Durchführung der PID an den Embryonen die spezifische Mutation bei den Eltern durch eine Aufklärungsstudie zu identifizieren.

Sobald die Mutation lokalisiert und die Art der Vererbung (dominant, rezessiv oder geschlechtsgebunden) bestimmt wurde, können die Embryonen mit den unten beschriebenen genetischen Werkzeugen untersucht werden.

PCR

Bei der Polymerase-Kettenreaktion (PCR) werden spezifische DNA-Sequenzen vervielfältigt und anschließend analysiert. Dadurch erhält man Millionen von Kopien des betroffenen Gens aus einer einzigen Kopie in der extrahierten Zelle.

Sobald die gewünschte Sequenz amplifiziert wurde, werden verschiedene molekularbiologische Techniken eingesetzt, um sie zu analysieren und die möglichen Mutationen zu lokalisieren, die zu monogenen Krankheiten führen.

Massive Sequenzierung

Next-Generation Sequencing (NGS) ist die neueste Technik, die heute für Gentests zur Verfügung steht. Diese bietet folgende Vorteile gegenüber anderen Methoden:

• Mit ihr können 23 Chromosomenpaare in der gleichen Analyse und mit einer höheren Auflösung untersucht werden.
• Es ermöglicht die gleichzeitige Analyse von mehr als 500 Genen, die mit Erbkrankheiten in Verbindung stehen.
• Es ist möglich, Aneuploidie und monogenetische Krankheiten getrennt oder gleichzeitig in einer einzigen Analyse zu untersuchen.
• Kürzere Analysezeit, da die Embryonen nicht mehr eingefroren werden müssen, bis die Ergebnisse vorliegen.
• Es ermöglicht die gleichzeitige Analyse einer großen Anzahl von Proben, wodurch die Analysekosten erschwinglicher werden.

Vorteile der Massensequenzierung

Immer mehr Kliniken entscheiden sich für diese neueste Technologie sowohl für das Aneuploidie-Screening als auch für den Nachweis monogener Krankheiten.

Gesunder Embryotransfer

Sobald die Ergebnisse vorliegen, werden die gesunden Embryonen in die Gebärmutter der Mutter übertragen oder für spätere Versuche vitrifiziert. Embryonen mit genetischen Veränderungen werden verworfen, auch wenn sie von guter morphologischer Qualität zu sein scheinen.

Wenn die Embryonen vor den Ergebnissen vitrifiziert worden sind, werden sie in einem Ersatzzyklusübertragen. Dazu muss sich die Frau einer endometrialen Vorbereitung unterziehen, bei der Östrogene und Progesteron verabreicht werden.

Wenn die Ergebnisse zeigen, dass es mehrere Embryonen gibt, die keine Anomalien aufweisen, werden nur der oder die Embryonen mit der besten morphokinetischen Qualität für den Transfer aufgetaut, was die Wahrscheinlichkeit einer Implantation erhöht.

Fragen die Nutzer stellten

Wie hoch ist die Wahrscheinlichkeit, dass nach der PGT keine Embryonen übrig bleiben?

Der genetische Präimplantationstest (PGT) ermöglicht es, genetische Anomalien bei Embryonen zu erkennen, bevor sie in die Gebärmutter der Frau übertragen werden. Durch die Identifizierung von Embryonen, die frei von Chromosomenanomalien und genetischen Mutationen sind, kann deren Übertragung auf die Nachkommen vermieden werden.

Je mehr Embryonen für die PGT zur Verfügung stehen, desto größer ist die Chance, gesunde Embryonen zu erhalten, die für den Transfer in die Gebärmutter der Frau geeignet sind. Die Fortschritte in der Embryokultur und den Biopsietechniken haben es ermöglicht, die genetische Analyse von Embryonen im Blastozystenstadium durchzuführen, wodurch eine größere Anzahl von Zellen (Trophektoderm) gewonnen werden kann, ohne dass die Integrität des Embryos und seine Fähigkeit zur Einnistung beeinträchtigt werden.

Die ovarielle Reserve und das Ansprechen der Eierstöcke auf die Gonadotropinstimulation stehen jedoch in umgekehrtem Verhältnis zum mütterlichen Alter: je älter die Mutter, desto geringer die Reserve und das Ansprechen. Folglich beeinflusst das fortgeschrittene Alter der Mutter die Anzahl der Eizellen, die Qualität der Eizellen und die Anzahl der für die Biopsie verfügbaren Embryonen.

In welchen Fällen wird die PID eingesetzt?

Die PID erleichtert eine informierte Entscheidungsfindung und wird zunehmend als Option in die genetische Beratung einbezogen.

Das derzeitige Ziel besteht darin, dass es jedes Paar erreichen kann, wenn es sich freiwillig dafür entscheidet, und jede Erbkrankheit, sofern eine klinische Indikation vorliegt und es möglich ist, die Diagnose technisch zu stellen.

Für Paare mit einer klinischen Anamnese einer monogenen Krankheit sind die wichtigsten aktuellen Indikationen zystische Fibrose, spinale Muskelatrophie, myotonische Dystrophie (Steinert), fragiles X-Syndrom und Chorea Huntington.

Bei der Chromosomenanalyse ist die Hauptindikation die Untersuchung des Embryos aufgrund des Risikos einer Aneuploidie im fortgeschrittenen Alter der Mutter, ohne dabei die Gruppe der Patientinnen mit wiederholten Fehlgeburten und schwerem männlichen Faktor zu vergessen.

Sind DGP und PGT dasselbe?

Dies sind die Abkürzungen für die genetischen Untersuchungen, die an einem Embryo durchgeführt werden, bevor er in die Gebärmutter eingesetzt wird. PID steht einerseits für Präimplantationsdiagnostik, während PGT für Präimplantationsdiagnostik steht.

Der derzeit am häufigsten verwendete Begriff für diese ergänzende Technik ist PGT.

Was sind die Vorteile der PID?

Auch wenn ein Embryo morphologisch gut aussieht, kann es vorkommen, dass er genetisch nicht normal ist und bei der Übertragung in die Gebärmutter zu Einnistungsfehlern oder, schlimmer noch, zu einer nicht lebensfähigen Schwangerschaft führt, die mit einer Fehlgeburt endet.

Es kann auch vorkommen, dass ein Embryo mit einer Chromosomenstörung oder einer mit dem Leben vereinbaren genetischen Veränderung eingepflanzt wird und schließlich ein Kind mit einer schweren Krankheit geboren wird.

Dank der PID können genetisch gesunde Embryonen vor dem Transfer in die Gebärmutter selektiert werden, was die Fehlgeburtenrate verringert und die Zahl der Lebendgeburten erhöht.

Kann sich die Entnahme einer oder mehrerer Zellen aus dem Embryo negativ auf dessen weitere Entwicklung auswirken?

Ja, das Verfahren kann die Lebensfähigkeit des Embryos gefährden, da der Verlust einiger Zellen den Embryo zu sehr belasten kann und er möglicherweise nicht überlebt. Dennoch ist die Überlebensrate sehr hoch, vor allem, wenn die PID an Blastozysten durchgeführt wird, da diese Embryonen eine höhere Zellzahl haben als die Embryonen an Tag 3 und sich daher nach der Biopsie leichter erholen können.

Ist die DGP an Tag 3 oder Tag 5 besser?

Es ist vorzuziehen, die PID am 5. Tag durchzuführen, wenn sich der Embryo im Blastozystenstadium befindet, da er dann weiter entwickelt ist und eine größere Anzahl von Zellen analysiert werden kann, was die Diagnose verbessert und die Fehlerwahrscheinlichkeit verringert.

Außerdem stammen die in der Blastozyste biopsierten Zellen aus dem Trophoectoderm, dem äußeren Teil des Embryos, so dass alle Zellen, aus denen der künftige Fötus entstehen wird, unversehrt erhalten bleiben.

Kann eine polare Korpuskularbiopsie durchgeführt werden?

Obwohl die genetische Analyse von Embryonen die gängigste Methode der PID ist, gibt es auch die Möglichkeit, den genetischen Inhalt von Eizellen, die für eine IVF gewonnen wurden, mittels einer Polkörperchenbiopsie zu analysieren.

Polkörperchen sind funktionslose Zellen, die während der Meiose gebildet werden und sofort nach der Befruchtung verschwinden. Die Biopsie der Polkörperchen wird daher vor der Befruchtung durchgeführt. Auf diese Weise werden die Eizellen ausgewählt, die die besten Chancen für eine erfolgreiche Schwangerschaft haben.

Die Analyse einer dieser Zellen hat keinen Einfluss auf die zukünftige Entwicklung des Embryos. Es wird jedoch nicht möglich sein, Anomalien zu erkennen, die nach der Befruchtung auftreten, und es wird auch keine genetischen Informationen väterlicher Herkunft, sondern nur mütterlicher Herkunft liefern.

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In diesem Artikel haben wir bereits erläutert, dass die PID dazu dient, genetische und chromosomale Anomalien bei Embryonen festzustellen. Wenn Sie wissen wollen, welche spezifischen Krankheiten als Folge dieser Veränderungen auftreten, können Sie hier weiterlesen: Welche genetischen oder chromosomalen Krankheiten können mit der PID festgestellt werden?

Informationen über die Erfolgsquoten dieser Technik finden Sie in dem folgenden Artikel: Wahrscheinlichkeit einer Schwangerschaft mit PID.