Seit längerem propagieren reproduktionsmedizinische Zentren etliche Zusatzverfahren, die eine Verbesserung der Nidation versprechen. Sie werden bei wiederholten erfolglosen Embryotransfers, zuweilen aber schon als Ergänzung zum ersten Versuch angeboten. Welche Ansatzpunkte haben diese Methoden und wie werden sie wissenschaftlich bewertet?

Die Implantation, auch als Nidation oder Einnistung bezeichnet, erfordert eine komplizierte Wechselwirkung zwischen Embryo und Endometrium. Vor dem beidseitigen Kontakt müssen zahlreiche Kriterien erfüllt sein, die beim Embryo als »Entwicklungspotenzial«, beim Endometrium als »Rezeptivität« zusammengefasst werden.

Hohes Interesse an den Bedingungen für eine erfolgreiche Einnistung besteht seit Einführung der assistierten Reproduktion. Hier werden nach hormoneller Stimulation der Eierstöcke Eizellen gewonnen, im Labor befruchtet, bis zum Embryonalstadium kultiviert und dann in den Uterus übertragen. Die Qualität der entstandenen Embryonen wird anhand ihres Aussehens dokumentiert. Die erzielten Schwangerschaftsraten erscheinen jedoch oftmals unbefriedigend. Als Grund dafür wurde zunächst eine eingeschränkte Lebensfähigkeit des Embryos vermutet, bedingt durch chromosomale Anomalien (Veeck, 1999). Tatsächlich weisen Embryonen mit ungleichmäßiger Teilung sowie vielen Zellfragmenten vermehrt numerische und strukturelle Chromoso­men­aberrationen auf. Da sich aber auch gut entwickelte Embryonen oft nicht einnisten, rückte die Rolle des Endometriums in den Fokus weiterer wissenschaftlicher Untersuchungen.

Beurteilung der Qualität des Embryos

Dringt ein Spermatozoon in eine Eizelle ein, entsteht zuerst das Vorkernstadium. Die zwei Vorkerne enthalten das haploide mütterliche beziehungsweise väterliche Erbgut. Nach ihrer Vereinigung durchläuft die nun diploide Zygote mitotische Teilungen. Die entstehenden Zellen (Blastomeren) werden dabei immer kleiner, da sich der Embryo noch innerhalb der Zona Pellucida befindet, einer Schutzhülle um die Eizelle. Nach dem Stadium der Morula (Maulbeere) erfolgt die Entwicklung zur Blastozyste. Kennzeichnend ist hier die beginnende Differenzierung der Zellen in Trophoblast und Embryoblast und die Entstehung der Blastozystenhöhle (siehe Link: embryology.ch).

Blastozystenkultur

Embryonen wird ein optimales Entwicklungspotenzial zugeschrieben, wenn sie sich möglichst regelmäßig teilen, alle genannten Stadien ordnungsgemäß durchlaufen und nach ungefähr fünf bis sechs Tagen eine Blastozyste bilden. Während früher Embryonen oftmals schon im Zwei- bis Vierzellstadium transferiert wurden, ist eine Zellkultur bis zur Blastozyste heute gängig und die Beurteilung der Lebensfähigkeit der Embryonen somit verbessert. Ein zusätzlicher Vorteil wird in einer Selektion von chromosomal veränderten Embryonen gesehen. Zumindest Eizellen mit einer abnormen Anzahl an Vorkernen (einer oder mehr als zwei) erreichen seltener das Stadium der Blastozyste – doch auch unter regulär befruchteten Eizellen sind dies nur etwa 60 % (Uzun et al., 2021).

Die Blastozystenkultur ist ein wichtiger Schritt zur Vermeidung von Mehrlingen, da nur der Transfer eines einzelnen, das bedeutet des »fittesten« Embryos angestrebt wird.

Time-Lapse-Monitoring

Bei diesem auch als Videografie bezeichneten Verfahren nimmt ein in den Brutschrank integriertes optisches System (Mikroskop + Kamera) Bilder jedes einzelnen Embryos auf und übermittelt sie an einen externen Computer. Die Aufnahmen erfolgen in definierten Zeitintervallen von fünf bis zehn Minuten und auf verschiedenen optischen Ebenen während der gesamten Kultur.

Die Einzelfotos werden zu einem Video zusammengestellt und erlauben die Beurteilung der zeitlichen und morphologischen Entwicklung des Embryos, was zur Prägung des neuen Begriffs »Morphokinetik« geführt hat. Analysiert werden Parameter wie das Erscheinen der Vorkerne und alle Teilungsschritte bis zur Blastozyste.

Der Vorteil ist die absolut störungsfreie Kultur der befruchteten Eizellen, da diese sonst mehrmals zur Begutachtung aus dem Brutschrank genommen und unter ein Mikroskop gebracht werden müssen. Nachteilig für die Identifizierung der »fittesten« Embryonen ist, dass jedes Labor für sich zunächst die wichtigsten morphokinetischen Parameter evaluieren sollte, da die Embryonalentwicklung von vielen Faktoren (zum Beispiel verwendetes Kulturmedium und Stimulationsprotokoll) abhängt (Minasi et al., 2020). Für eine optimierte Nutzung der Videografie ruht die Hoffnung auf dem Einsatz Künstlicher Intelligenz (KI) (Gardner & Sakkas, 2023). Die Morphokinetik erlaubt auch (noch) keine eindeutige Unterscheidung von chromosomal normalen und abnormen Embryonen (Bamford et al., 2022).

Präimplantationsdiagnostik (PID)

Bei der PID handelt es sich um die genetische Untersuchung des Embryos vor dem Transfer in den Uterus. Wurden anfangs frühe Embryonalstadien am Entwicklungstag drei durch Biopsie einzelner Blastomeren analysiert, werden jetzt Zellen des Trophoblasten aus der Blastozyste bevorzugt. Auch die genetischen Tests sind präziser geworden (Gardner & Sakkas, 2023). Verschiedene Anomalien können beurteilt werden: Aneuploidie (z.B. Down-Syndrom), monogene beziehungsweise Einzelgendefekte (z.B. zystische Fibrose) sowie strukturelle Chromosomenaberrationen (z.B. Robertson-Translokation) (Yang et al., 2022).

Gemäß Embryonenschutzgesetz ist die PID in Deutschland auf Fälle schwerwiegender Erbkrankheiten beschränkt, bedarf der Zustimmung einer Ethikkommission und der Durchführung in zugelassenen Zentren. In vielen Ländern wird dagegen auch die Aneuploidie-Testung durchgeführt, steht aber wegen des Mangels an klinischer Validierung und einer hohen Rate an falsch-positiven Ergebnissen in der Kritik. Probleme bereitet die Tatsache, dass viele Embryonen Mosaike aufweisen, das heißt Zelllinien mit unterschiedlicher Chromosomenzahl, und diese Anomalie offensichtlich vom Embryo selbst korrigiert werden kann (Yang et al., 2022). Aufgrund der Ergebnisse der PID würden somit auch Embryonen vom Transfer ausgeschlossen, die sich zu einem normalen Kind entwickeln könnten.

Beurteilung der Rezeptivität des Endometriums

Rezeptivität bedeutet, dass sich der Trophoblast der Blastozyste an das Epithel des Endometriums anheftet, in das Stroma einwächst und mit dem Gefäßsystem Kontakt aufnehmen kann. Die Dauer dieser empfangsbereiten Zeit (»Implantationsfenster«) dürfte bei den meisten Frauen zwischen drei bis sechs Tage der sekretorischen Phase umfassen und sechs bis zehn Tage nach dem LH-Gipfel liegen (Lessey & Young, 2019; Maziotis et al., 2022).

Die sekretorische Phase oder Luteinphase steht unter dem Einfluss des vom Gelbkörper produzierten Hormons Progesteron. Die Drüsen im Endometrium wachsen und sondern Schleim und Glykoproteine ab, um die Implantation zu begünstigen. Probleme bei der Rezeptivität werden für bis zu zwei Drittel aller Fälle von Implantationsversagen verantwortlich gemacht.

ERA (Endometrial receptivity assay)-Test

Im Gegensatz zum routinemäßig eingesetzten Ultraschall für die Beurteilung von Höhe und Struktur des Endometriums schürt der ERA-Test die Hoffnung auf eine präzisere Bestimmung der Rezeptivität. Hier erfolgt auf molekularer Ebene die Analyse der Expression von 238 Genen, welche für eine erfolgreiche Implantation als wichtig erachtet werden. Mit Hilfe einer komplexen statistischen Auswertung wird dann zwischen »rezeptiv« und »nicht rezeptiv« differenziert.

Der Test erfordert eine Gewebeentnahme, die für den Zyklus empfohlen wird, der dem geplanten Embryotransfer vorausgeht. Dies würde allerdings voraussetzen, dass die Expressionsmuster der Gene in jedem Zyklus gleich sind, was unklar ist (Lessey & Young, 2019; Ben Rafael, 2021). Ebenfalls kritisch gesehen wird die Anzahl der als wichtig erachteten Gene sowie das erforderliche Einfrieren der Embryonen (»Freeze All«), damit zuerst der Test ausgewertet werden kann.

Verfahren zur Unterstützung der Implantation

Die Auflistung der Verfahren, um eine erfolgreiche Implantation zu unterstützen, erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit und verzichtet auf gängige Praktiken wie beispielsweise eine Progesterongabe zur Unterstützung der Lutealphase nach dem Embryotransfer.

Freeze All

Die Stimulation der Eierstöcke durch zusätzliche Hormongaben resultiert in hohen Östrogenspiegeln, die vermutlich einen negativen Effekt auf das Endometrium und die Implantation haben. Folglich erscheint eine Entkopplung von Stimulationszyklus und Embryotransfer sinnvoll. Dies ist möglich, wenn alle reifen Eizellen oder alle lebensfähigen Embryonen zunächst eingefroren werden und der Transfer in einem späteren, natürlichen oder mild stimulierten Zyklus erfolgt.

Bevorzugt wird heute die Kryokonservierung von Embryonen oder Blastozysten. Das »Freeze All«-Konzept verhindert weitestgehend das Auftreten eines Überstimulationssyndroms (Ovarian Hyperstimulation Syndrome, OHSS), eine Empfehlung für alle Zyklen der assistierten Reproduktion ist jedoch umstritten. Unter anderem bestehen Hinweise auf vermehrte Fälle von Präeklampsie und höherem Geburtsgewicht nach dem Transfer aufgetauter Embryonen (Celada & Bosch, 2020; Ben Rafael, 2021).

Embryo Glue

Beim sogenannten Embryo Glue wird der Embryo zum Transfer in ein hochviskoses Medium gesetzt, das eine spezielle Kombination von Hyaluronsäure und rekombinantem Albumin enthält. Es soll die Verhältnisse im Uterus nachahmen und durch seine Wirkung wie ein Klebstoff (englisch: glue) den Kontakt des Embryos mit dem Endometrium verbessern.

Assisted Hatching

Zur Einnistung muss die Blastozyste die Zona pellucida verlassen. Dieser Vorgang wird als »Schlüpfen« (englisch: hatching) bezeichnet. Normalerweise schafft die Blastozyste das durch Ausdehnungskontraktionen und durch Enzyme, welche die Zona pellucida auflösen (siehe Link: embryology.ch). Ist die Zona pellucida jedoch verdickt oder durch vorherige Kryokonservierung des Embryos verhärtet, kann eine Hilfe zum Schlüpfen angeboten werden. Hierbei wird mit spitzen Mikropipetten, durch die Applikation einer sauren Lösung oder durch einen Laserschuss eine Öffnung in der Zona geschaffen oder die Dicke der Zona verringert.

Seminalplasmaspülung

Das Ejakulat enthält Spermien, besteht aber zum überwiegenden Teil aus Sekreten verschiedener Drüsen, dem Seminalplasma. Bei der natürlichen Empfängnis gelangt das gesamte Ejakulat in Vagina und Zervix. Bewegliche Spermien verlassen dann aktiv ihre ursprüngliche Umgebung. Diese Selektion wird für die assistierte Reproduktion durch sogenannte Aufbereitungsverfahren ersetzt. Dabei wird das Seminalplasma entfernt, mit ihm jedoch auch eine Vielzahl an möglichen wichtigen Botenstoffen, beispielsweise Interleukin, das bei Entzündungsreaktionen eine Rolle spielt, oder Zytokine. Letztere sind Proteine, die das Wachstum und die Zelldifferenzierung regulieren.

Eine besondere Rolle für die embryonale Entwicklung wird dem transformierenden Wachstumsfaktor (Transforming Growth Factor/TGFβ) zugeschrieben (Shen et al., 2023). Um vermutete positive Effekte wie die Entwicklung einer Immunantwort gegenüber dem Embryo und Förderung seiner Einnistung zu nutzen, wurde die Spülung von Vagina und Zervix mit (un-)verdünntem Seminalplasma nach der Eizellgewinnung propagiert. Alternativ kommen die Applikation des isolierten TGFβ oder Geschlechtsverkehr zur Zeit der Eizellgewinnung und/oder des Embryotransfers in Frage (Nawroth & von Wolff, 2018).

Endometrial Scratching

Unter dem Begriff des Endometrial Scratching (englisch: kratzen) wird die gezielte, lokale und nur oberflächliche Verletzung des Endometriums mit einem Katheter verstanden. Zugrunde liegt der Gedanke, dass die nachfolgenden Wundheilungsvorgänge zum Einstrom von Zytokinen, Wachstumsfaktoren und immunkompetenten Zellen führen, die auch bei der Implantation eine Rolle spielen. Der exakte Wirkmechanismus und die stattfindenden molekularen Veränderungen im Endometrium sind nicht eindeutig geklärt.

Immuntherapie

Für viele Fälle wiederholter Schwangerschaftsverluste oder fehlgeschlagener Einnistung könnte eine gestörte Immunantwort der Mutter mit erhöhter Aktivität natürlicher Killerzellen verantwortlich sein. Um deren Spiegel zu verringern, wurden verschiedenste Strategien propagiert, von der intravenösen Gabe von Immunglobulinen über pflanzliche, auf Sojabohnenöl basierende Emulsionen (»intralipid infusion«), bis hin zu Tacrolimus, einem selektiven Immunsuppressivum (Datta et al., 2015; Bashiri et al., 2018).

Erwähnenswert ist auch noch die Anwendung des Granulozyten-Kolonie-stimulierenden Faktors (Granulocyte-Colony Stimulating Factor/G-CSF) als subkutane Injektion, intrauterine Spülung oder als Zugabe zum Transfermedium. Die Wirksamkeit dieser Substanzen hinsichtlich einer Verbesserung der Rate an Lebendgeburten wird aber als unzureichend belegt eingestuft (Datta et al., 2015; Glatthorn & Decherney, 2022).

Heparin und Aspirin

Die gerinnungshemmende Wirkung von Heparin und Aspirin, allein oder in Kombination, wird beim Antiphospholipidsyndrom zur Behandlung einer Einnistungsstörung genutzt. Es finden sich aber auch Überlegungen zur generellen Anwendung ohne entsprechende Indikation, um Mikrothrombosen an der Stelle der Implantation zu verhindern und vermutete immunmodulierende Effekte von Heparin zu nutzen. Eine verbesserte Schwangerschaftsrate bei wiederholtem Implantationsversagen wird kontrovers diskutiert und vor der Gefahr vermehrter vaginaler Blutungen gewarnt (Kumar & Mahajan, 2013; Datta et al., 2015; Bashiri et al., 2018).

Mikrobiom

Das menschliche Mikrobiom, also die Gesamtheit aller (pathogenen und apathogenen) Mikroorganismen, spielt eventuell bei der Fortpflanzung eine Rolle. Die lange Zeit als steril angesehene Gebärmutterhöhle ist offensichtlich von verschiedensten Bakterien besiedelt, wenngleich in geringerem Ausmaß verglichen mit dem unteren Genitaltrakt. Bei gesunden Frauen im reproduktiven Alter wird von einer Dominanz verschiedener Laktobazillus-Arten ausgegangen. Eine Dysbiose, das heißt ein verändertes Besiedlungsmuster, könnte zu Störungen der Fertilität und Implantation führen, wobei die Mechanismen unklar sind. Diskutiert werden Einflüsse auf den pH-Wert, die Immunantwort oder die Induktion von Entzündungen, die wiederum die Ausschüttung von Immunglobulinen und Zytokinen bewirken. Das Mikrobiom zeigt jedoch Änderungen, die vom Alter, Hormonzustand, ethnischer Zugehörigkeit und weiteren Faktoren abhängen (Toson et al., 2022). Ungeachtet vieler offener Fragen finden sich vereinzelt Angebote zur Bestimmung der bakteriellen Besiedlung des Endometriums (EMMA-Test = Endometrium Microbiome Metagenomic Analysis) mit der Option auf eine Behandlung mit Anti- oder Probiotika.

Kontroversen

Die Reproduktionsmedizin kennt Dutzende von fakultativen Zusatzverfahren, den sogenannten »Add-ons«. Die hier vorgestellten Beispiele zielen auf eine verbesserte Implantation, sei es durch Selektion des »fittesten« Embryos, Erkennung des »rezeptivsten« Endometriums oder direkte Hilfe bei der Einnistung. Alle Verfahren sind jedoch hinsichtlich ihrer Effizienz umstritten. Neben schon genannten individuellen Einschränkungen wird generell das Fehlen randomisiert-kontrollierter Studien moniert.

Die Kontroversen um den Einsatz der erwähnten Methoden versuchte die britische Überwachungsbehörde für assistierte Reproduktion (Human Fertilisation and Embryology Authority/HFEA) durch ein Ampelsystem zu lösen, wobei die Etikettierung mit roter Farbe das schlechteste Verhältnis von Kosten zu Nutzen bezeichnet (Glatthorn & Decherney, 2022). Drastischer formuliert es der amerikanische Gynäkologe und Herausgeber der Zeitschrift Fertility & Sterility Reports, Prof. Richard J. Paulson. Mit Blick auf das »endometrial scratching« wirft er der Ärzt:innenschaft »kognitive Dissonanz« vor, da es wider besseren Wissens noch angewendet würde – die Methode sei schlichtweg erfolglos (Paulson, 2022). »Alles Geldmacherei« und meist unnütz, heißt es auch in einer Reportage mit dem Titel »Alles für ein Baby!«, in der die von der Krankenkasse nicht bezahlten Zusatzverfahren angesprochen werden (siehe Link: Zeit).

Es ist verständlich, dass Paare mit Kinderwunsch nach jedem Strohhalm greifen, vor allem, wenn sie schon mehrere erfolglose Versuche hinter sich haben. Eine rigorose Validierung angebotener Methoden seitens der Wissenschaft sowie eine ehrliche Beratung seitens der Klinik zu Kosten und Nutzen ist daher auf jeden Fall zu fordern.

Erschwert wird dies jedoch durch die Komplexität des Einnistungsvorgangs. Neben abzuklärenden Anomalien der Gebärmutter, genetischen und immunologischen Faktoren mehren sich Hinweise auf Einflüsse des Lebensstils wie Rauchen und Übergewicht (Bashiri et al., 2018). Die Erfassung all dieser Parameter und die Entwicklung individueller Behandlungspläne ist anspruchsvoll und würde eine personalisierte, vielleicht KI-gestützte Medizin erfordern.

Resümee

Zusatzverfahren der Reproduktionsmedizin zur Verbesserung der Implantation erfüllen meist nicht die in sie gesetzten Erwartungen. Das Arbeitsgebiet könnte aber langfristig wissenschaftliche Erkenntnisse zu einer Vielzahl an Faktoren liefern, welche die Einnistung beeinflussen.