Nichtinvasiver Test zur Embryonenqualität könnte Fruchtbarkeitsbehandlung verbessern

Ein nichtinvasiver Ansatz könnte Ärzten dabei helfen, den Erfolg einer In-vitro-Fertilisation genauer vorherzusagen. Die Studie deutet darauf hin, dass exRNAs ein vielversprechender Prädiktor für die Embryoqualität sein könnten.

Die In-vitro-Fertilisation (IVF), eine Fruchtbarkeitsbehandlung, bei der Eizellen im Labor befruchtet und später in die Gebärmutter eingepflanzt werden, ist für viele Menschen, die um eine Schwangerschaft kämpfen, eine Quelle der Hoffnung. Der mehrstufige Prozess ist jedoch komplex, und die Gesamtrate der Lebendgeburten nach einer IVF-Behandlung liegt in den USA bei Frauen unter 40 Jahren nur bei 20 bis 40 Prozent. Einer der Gründe für diese niedrige Erfolgsquote ist, dass es für Ärzte sehr schwierig ist, zu bestimmen, welche im Labor gezüchteten Embryonen am ehesten zu einer erfolgreichen Schwangerschaft führen, so dass viele Menschen, die eine IVF-Behandlung wünschen, mehrere Behandlungsrunden durchlaufen müssen.

Jetzt haben Wissenschaftler der University of California San Diego School of Medicine einen nicht-invasiven Ansatz entdeckt, mit dem sich die Qualität von im Labor gezüchteten Embryonen besser vorhersagen lässt. Die neue Methode funktioniert durch den Nachweis kleiner Partikel genetischen Materials, so genannter exRNAs, die in den flüssigen Medien, in denen junge Embryonen gezüchtet werden, zurückbleiben. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Cell Genomics“ veröffentlicht.

„Leider ist der IVF-Erfolg immer noch stark vom Zufall abhängig, aber wir hoffen, dass unsere Forschung dies ändern kann“, sagte Irene Su, Professorin in der Abteilung für Geburtshilfe, Gynäkologie und Reproduktionswissenschaften an der UC San Diego School of Medicine. „Die beste Möglichkeit, die Entwicklung eines Embryos vorherzusagen, ist derzeit die Untersuchung von Embryonen durch die Messung morphologischer Merkmale oder die Entnahme einiger Zellen aus dem Embryo, um die genetische Ausstattung zu untersuchen, was beides nur begrenzt möglich ist.“

Anstatt sich auf visuelle Merkmale oder Biopsien von Embryonen zu verlassen, funktioniert der neue Ansatz eher wie ein Bluttest, indem Moleküle in einer Flüssigkeitsprobe nachgewiesen werden. Allerdings stammt diese Probe nicht von den Embryonen selbst, sondern die Forscher analysieren die Embryonen, indem sie die Reste des Mediums untersuchen, in dem sie gewachsen sind. Das bedeutet, dass der neue Ansatz völlig nicht-invasiv ist und keine zusätzlichen Schritte seitens des Patienten erfordert.

„Eine künstliche Befruchtung ist schon schwierig genug, deshalb war es uns sehr wichtig, dass unsere Forschung diesen ohnehin schon heiklen Prozess nicht beeinträchtigt“, sagt Su. „Was wir gemacht haben, ist eher so, als würden wir die Hinterlassenschaften einer archäologischen Stätte untersuchen, um mehr darüber zu erfahren, wer dort gelebt und was sie getan hat“, fügt sie hinzu.

Während die DNA alle Anweisungen enthält, die unsere Zellen für ihre Entwicklung und Funktion brauchen, benötigen sie auch RNA, eine andere Art von genetischem Material, um diese Anweisungen auszuführen. Die meiste RNA befindet sich innerhalb der Zellen, aber einige RNA-Moleküle, so genannte exRNAs, werden von der Zelle in ihre Umgebung abgegeben, während die Zelle ihre verschiedenen Funktionen ausführt.

Die genaue biologische Funktion der exRNAs ist den Wissenschaftlern noch nicht bekannt, aber ihre Entdeckung Anfang der 2000er Jahre hat neue Wege in der biomedizinischen Forschung und Medizin eröffnet, die Einblicke in die Zell-Zell-Kommunikation und in Krankheitsprozesse sowie potenzielle diagnostische und therapeutische Anwendungen ermöglichen.

„Erst in den letzten zehn Jahren haben wir begonnen, die Verwendungsmöglichkeiten von exRNAs zu entdecken, und es könnte noch unzählige andere Anwendungen geben, die wir noch nicht entdeckt haben”, kommentiert Sheng Zhong, Professor am Shu Chien-Gene Lay Department of Bioengineering an der UC San Diego. Dies sei erst der Anfang.

Durch die Analyse der exRNA in Kulturmedien von Embryonen in fünf verschiedenen Entwicklungsstadien identifizierten die Forscher etwa 4.000 verschiedene exRNA-Moleküle pro Stadium. Diese exRNAs entsprechen den vielen verschiedenen Genen, die in Embryonen in jedem Entwicklungsstadium exprimiert werden.

„Wir waren überrascht, wie viele exRNAs so früh in der Embryonalentwicklung produziert werden und wie viel von dieser Aktivität wir mit einer so winzigen Probe nachweisen konnten“, sagt Zhong. „Dies ist ein Ansatz, bei dem wir eine Probe von außerhalb einer Zelle analysieren können und einen unglaublichen Einblick in das erhalten, was in der Zelle passiert.“

Anhand der Daten trainierten die Forscher ein maschinelles Lernmodell, um die Morphologie des Embryos auf der Grundlage der von ihm produzierten exRNAs vorherzusagen. Sie fanden heraus, dass ihr Modell in der Lage war, die morphologischen Messungen zu replizieren, die in aktuellen Embryotests verwendet werden, was darauf hindeutet, dass exRNAs ein vielversprechender Prädiktor für die Embryoqualität sind.

Die Forscher weisen jedoch darauf hin, dass es weiterer Forschung bedarf, um zu bestätigen, dass ihr Test direkt zur Vorhersage positiver IVF-Ergebnisse, wie zum Beispiel erfolgreicher Geburten, verwendet werden kann.

„Wir haben Daten, die eine gesunde Morphologie mit positiven IVF-Ergebnissen in Verbindung bringen, und jetzt haben wir gesehen, dass exRNAs zur Vorhersage einer guten Morphologie verwendet werden können, aber wir müssen noch die letzte Grenze ziehen, bevor unser Test einsatzbereit ist“, betont Su.