x
Loading
+ -

Universität Basel

Stammzellen in der Reproduktionsmedizin

Christian De Geyter, Oliver Sterthaus, Anne-Catherine Feutz, Maria De Geyter

Die Reproduktionsmedizin beschäftigt sich mit der Diagnostik und Therapie ungewollt kinderloser Paare. Viele der Ursachen der ungewollten Kinderlosigkeit können durch die assistierte Reproduktionsmedizin behandelt werden. Damit kann auch die Stammzellforschung zu neuen Erkenntnissen und alternativen Methoden gelangen, etwa zur Modellierung von Krankheiten im Labor. Die einzelnen Abläufe sind dabei gesetzlich streng geregelt.

Durch gezielte Behandlungen können viele Schwangerschaften nach kurzer Zeit auf natürliche Weise entstehen. Einige Ursachen für eine langjährige Unfruchtbarkeit lassen sich jedoch nicht mehr rückgängig machen oder es fehlt wegen des fortgeschrittenen reproduktionsbiologischen Alters der Betroffenen die Zeit, um auf einen spontanen Schwangerschaftseintritt zu warten.

Assistierte Reproduktionsmedizin
In diesen Fällen kann die assistierte Reproduktionsmedizin Hilfe leisten: Diese Technologie bietet die Möglichkeit, eine Schwangerschaft herbeizuführen, ohne dabei die eigentliche Sterilitätsursache zu beseitigen. Unter dem Begriff der assistierten Reproduktionsmedizin werden heute im Wesentlichen zwei Therapieformen zusammengefasst: die In-vitro-Fertilisation (IVF) und die intrazytoplasmatische Spermieninjektion (ICSI). Sie unterscheiden sich in der Art der Befruchtung: Bei der IVF werden im Labor Eizellen und Samenzellen zusammengefügt; sie ermöglicht die Umgehung des physiologischen Orts der Befruchtung und wird somit überwiegend bei Verlust oder Funktionslosigkeit der Eileiter der Frau eingesetzt. Bei der ICSI hingegen wird eine vitale Samenzelle mit einer Mikropipette in das Innere der Eizelle übertragen; trotz ausgeprägter Beeinträchtigung der männlichen Fertilität ist damit eine erfolgreiche Befruchtung möglich. Wegen der geringen Effizienz der assistierten Reproduktionsmedizin mit einzelnen Eizellen, die auf natürliche Weise herangereift sind, wird dieses Verfahren meist im Rahmen einer hormonellen Stimulation des Menstruationszyklus durchgeführt, sodass dafür mehrere Eizellen verwendet werden können. Es entstehen somit auch mehrere Embryonen, die in einem einzelnen Behandlungszyklus übertragen werden. Da die assistierte Reproduktionsmedizin den Zugang zu Embryonen ermöglicht, entsteht auch ein grosses Potenzial für Missbrauch, sodass der gesetzliche Rahmen dazu geregelt werden musste. Dies geschah in Januar 2001 mit dem Inkrafttreten des Fortpflanzungsmedizingesetzes (FMedG), das vorsieht, dass im Rahmen einer einzelnen Behandlung nicht mehr als drei Embryonen entstehen dürfen. Weiter verbietet es auch die Aufbewahrung von Embryonen durch Einfrierung, etwa in flüssigem Stickstoff mittels Kryokonservierung. Hingegen dürfen Eizellen im Vorkernstadium kryokonserviert werden, also in einem Stadium, in dem das genetische Material der Eizelle und der Samenzelle noch nicht fusioniert sind.

Vehikel für die Stammzellforschung
Bevor das FMedG in Kraft trat – vor 2001 –, waren in 25 schweizerischen fortpflanzungsmedizinischen Zentren bereits mehr als 200 überzählige Embryonen kryokonserviert worden, die von den unfruchtbaren Paaren aus verschiedenen Gründen nicht mehr benötigt wurden. Unter anderem deshalb wurde 2004 ein Stammzellenforschungsgesetz (StFG) verabschiedet, das die Verwendung von solchen überzähligen Embryonen für die Herstellung und Charakterisierung von neuen embryonalen Stammzellenlinien (hESC) regelt. In enger Zusammenarbeit mit mehreren Forschungsgruppen der Universitäten Genf und Basel und einer Gruppe von Ethikern und Juristen wurde eine Arbeitsgruppe zusammengestellt, die auf der Grundlage dieser Gesetzgebung Methoden für die Herstellung (Derivierung) von neuen hESC-Linien in der Schweiz etablieren sollte: das «Joint Embryonic Stem Cell Project» (JESP). Es gelang zuerst der Genfer Gruppe, aus 203 überzähligen und anonymisierten Embryonen eine hESCLinie anzufertigen und zu charakterisieren: CHES1. Obwohl diese Linie über alle Merkmale einer humanen embryonalen Stammzellenlinie verfügt, ist ihr Chromosomensatz erheblich gestört, sodass sie kaum als Standardlinie verwendet werden kann. Ausgehend von den Erfahrungen der Genfer Gruppe haben wir uns im eigenen Behandlungszentrum in Basel um eine eigenständige und gesetzeskonforme Vorgehensweise für die Herstellung von hESC aus überzähligen Embryonen bemüht. Da für die Herstellung neuer hESC-Linien die Umstände der Entstehung und Aufbewahrung überzähliger Embryonen von grosser Bedeutung sind, wurden die Abläufe der assistierten Reproduktionsmedizin am Universitätsspital Basel angepasst. Falls es zur Entstehung eines überzähligen Embryos kommen sollte, müssen sämtliche Kriterien der «Good manufacturing practice» erfüllt sein. Ohne diese Kriterien können keine der neu entstehenden Linien jemals verwendet werden. Deshalb wurden sämtliche Abläufe bei der Durchführung der assistierten Reproduktionsmedizin kritisch überprüft und modifiziert. Darüber hinaus ist die Infrastruktur so angepasst worden, dass eine Langzeitkultur von Embryonen bis zum Blastozystenstadium möglich ist, und es wurde ein partikelfreies Labor (Grade A) eingerichtet. Alle diese Massnahmen wirkten sich auch äusserst positiv auf die Ergebnisse der assistierten Reproduktionsmedizin aus. So konnte nicht nur die Wahrscheinlichkeit einer Implantation eines übertragenen Embryos signifikant gesteigert, sondern auch die Anzahl der Mehrlingsschwangerschaften gesenkt werden.

Umgang mit überzähligen Embryonen
Im Rahmen des JESP-Projekts wurde mit juristischer Hilfe eine Vorgehensweise entwickelt, indem den Paaren, die sich einer Behandlung mit der assistierten Reproduktionsmedizin unterziehen, mehrere Auswahlmöglichkeiten beim Umgang mit den befruchteten Eizellen und Embryonen zur Verfügung stehen. Die Paare wählen, ob der Embryotransfer in einem frühen Embryonalstadium (am zweiten oder am dritten Tag nach der Befruchtung) oder erst im Blastozystenstadium (am fünften Tag nach der Befruchtung) durchgeführt wird. Sie können auch entscheiden, ob nur eine, zwei oder drei Eizellen im Vorkernstadium in der Kultur behalten und später als Embryo übertragen werden sollen; die übrigen Eizellen werden kryokonserviert. Die Entscheidung muss spätestens unmittelbar vor der Gewinnung der Eizellen von beiden Partnern schriftlich festgehalten werden. Diese Flexibilität ermöglicht eine individualisierte Therapie, wie sie von vielen Paaren sehr gewünscht und geschätzt wird. Zudem ist so eine maximale Transparenz bei der Entscheidungsfindung gewährleistet. Die Entscheidung des Patientenpaars ist vom Wunsch nach einer Schwangerschaft auf der einen Seite und von der Angst vor einer Mehrlingsschwangerschaft auf der andern Seite geprägt. So kommt es gelegentlich vor, dass sich ein Paar entscheidet, drei Eizellen im Vorkernstadium in der Kultur zu belassen, da sich im Durchschnitt nur 50 bis 60% der kultivierten Embryonen zur Blastozyste entwickeln können. Wenn sich dann ausnahmsweise drei Eizellen im Vorkernstadium bis in das Blastozystenstadium entwickeln und in diesem Stadium übertragen werden, besteht ein hohes Risiko einer Mehrlingsschwangerschaft, einschliesslich einer Drillingsschwangerschaft. Eine solche birgt ein erhebliches Morbiditäts- und Mortalitätsrisiko für Mutter und Kind in der Schwangerschaft und danach. Somit kann sich in dieser Situation das Paar für den Transfer von nur zwei Embryonen entscheiden. Es wird dabei mit einem auswärtigen Ärzteteam die Möglichkeiten im Umgang mit dem überzähligen Embryo besprechen; so kann es eine unabhängige Entscheidung treffen. Der Inhalt dieses Gesprächs und die Entscheidung über die Vernichtung oder über eine Spende für die Stammzellforschung werden schriftlich festgehalten. Die Genehmigung für die Anfertigung neuer hESC-Linien wird jedes Jahr beim Bundesamt für Gesundheit (BAG) neu beantragt. Ebenso wird die maximale Anzahl der für die Stammzellforschung gespendeten Embryonen festgelegt; bisher sind es maximal 25 Embryonen pro Jahr. Die Abläufe werden jährlich von einem Expertenteam des BAG überwacht, und die Daten, samt der Anzahl der für die Stammzellforschung gespendeten Embryonen, werden an das Bundesamt für Statistik übermittelt. Zudem wurden die Abläufe im reproduktionsbiologischen Labor und im Stammzelllabor von auswärtigen Experten ISO-zertifiziert und ISO-akkreditiert. Krankheiten im Labor erforscht In der Zeit zwischen August 2008 und Dezember 2012 wurden insgesamt 59 Embryonen für die Stammzellforschung gespendet, also viel weniger als die maximale Anzahl von 25 jedes Jahr, wie sie das BAG bislang jeweils genehmigt hat. In unserem Forschungslabor in Basel wurden insgesamt fünf neue hESC-Linien hergestellt und charakterisiert (CHES2, CHES3, CHES5, CHES6 und CHES7). Sie sind bei den Behörden gemeldet und dort auch registriert. Die Linien kommen inzwischen auch in andern Institutionen der Schweiz für Forschungsarbeiten zum Einsatz. Im Basler Forschungslabor werden die gespendeten Embryonen dazu verwendet, neue, effizientere Derivierungsmethoden für hESC zu entwickeln. Als nächstes Ziel streben wir die Derivierung neuer hESC-Linien ohne Nährzellen an. Unsere Expertise im Umgang mit den hESC-Linien hat es möglich gemacht, alternative Methoden in der Stammzellforschung zu etablieren. So ist es gelungen, sogenannte induzierte pluripotente Stammzellen (iPS) aus somatischen Zellen herzustellen. Auch wenn iPS-Linien nicht in dem Mass über die Eigenschaften von hESC-Linien verfügen, stellen sie ein wichtiges Instrument in der Erforschung der Vererbbarkeit bestimmter Eigenschaften dar, die Krankheiten verursachen können. Im Rahmen des Swiss Center of Applied Human Toxicology werden die vorhandenen Linien für die In-vitro-Modellierung von Krankheiten verwendet. Es ist uns gelungen, nachzuweisen, dass chemische Substanzen, die Neuralrohr- Fehlbildungen im frühen Embryo verursachen, diese Defekte auch während der neuronalen Differenzierung unserer Stammzellenlinien herbeiführen. Andere Substanzen, die diese Auswirkung am frühen Embryo nicht haben, verursachen diese Veränderungen auch an den Stammzellen nicht. Inzwischen ist es auch möglich, Gewebstücke mit den drei embryonalen Keimblättern in einem Bioreaktor herzustellen, in dem diese mit einem zirkulierenden Medium kontinuierlich mit Nährstoffen und Sauerstoff versorgt werden. Dieses System soll es uns ermöglichen, die Auswirkung von Sexualsteroiden auf die Entwicklung der Insulinresistenz zu testen, die wahrscheinlich auch für die Entstehung des Syndroms der polyzystischen Ovarien während der Entwicklung der Frucht im Mutterleib verantwortlich sind. Die Entwicklung der Stammzellentechnologie kommt nicht nur den Paaren mit ungewollter Kinderlosigkeit zugute, sondern die neu hergestellten hESC-Linien können auch andern Forschenden zur Verfügung gestellt werden. Krankheitsmodelle, die in der Gynäkologie und Geburtshilfe wie auch in anderen Fachgebieten eine wichtige Rolle spielen, lassen sich dadurch in vitro modellieren.

nach oben