Etwa sieben Prozent der Paare weltweit sind von ungewollter Kinderlosigkeit betroffen. Die heutige Reproduktionsmedizin wartet mit immer neuen Innovationen auf, um ungewollt kinderlosen Paaren auf ihrem Weg zum Kinderwunsch zu helfen. Viele neue IVF-Techniken haben die Erfolgsquoten in den letzten Jahrzehnten deutlich erhöht. Wenn die Unfruchtbarkeit durch den männlichen Partner verursacht wird, liegt das oft an defekten oder zu wenigen Samenzellen. Die Erfindung der ICSI (Intrazytoplasmatische Spermieninjektion) hat Männern mit minderwertigen Spermien in vielen Fällen geholfen, Väter zu werden. Hier müssen die Spermien die Reise zur Eizelle und die Befruchtung nicht selbst bewältigen, sondern ein Reproduktionsmediziner injiziert ein Spermium direkt in die Eizelle. In den letzten Jahrzehnten wurden jedoch noch spezifischere Methoden entwickelt, um die Qualität und Funktion der Spermien vor einer Fruchtbarkeitsbehandlung zu überprüfen. Das Microfluid Sperm Sorting wurde entwickelt, um die besten Spermien aus einer Spermienprobe für die In-vitro-Fertilisation auszuwählen.

Was ist Mikrofluid-Spermasortierung?

Die Spermienauswahl mit einem MicroFluid Chip soll die natürliche Auswahl der Spermien in den Eileitern der Frau nachahmen. Dabei müssen die Spermien viele kleine Hindernisse überwinden, wie etwa Mikromembranen von etwa 8 μm und mechanische Kräfte, die durch bewegte Flüssigkeiten verursacht werden. So kann die Reproduktionsmedizinerin oder der Reproduktionsmediziner die besten Spermien nicht nur nach ihrem Aussehen unter dem Mikroskop beurteilen, sondern sie auch gründlicher auf ihre Funktionalität testen. Eine qualitativ gute Probe zeichnet sich nicht nur durch die Anzahl der enthaltenen Spermien aus, sondern auch durch ihr Aussehen, ihre Beweglichkeit und die Qualität ihres genetischen Materials. Unregelmäßig bewegte oder untypisch aussehende Spermien könnten möglicherweise einen Gendefekt haben. Deshalb wurde eine Methode benötigt, um die Spermaproben weiter zu charakterisieren.

Vorteile der Methode

Die ausgewählten Spermien weisen nach der Anwendung des Microfluid Sperm Sorting eine bessere Morphologie, Qualität des genetischen Materials, Vitalität und Mobilität auf. Dieses Verfahren ist besonders schonend, da die Spermien vorher nicht bearbeitet oder zentrifugiert werden müssen. Die Methode funktioniert auch ohne den Zusatz von künstlichen Chemikalien. Viele einzelne Verarbeitungsschritte können die Spermien belasten und ihre Qualität mindern. Starkes Zentrifugieren kann zum Beispiel zur Freisetzung schädlicher reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) führen, die das genetische Material der Spermien schädigen können. Die Umgehung der natürlichen Selektionsbarrieren durch IVF ohne mikrofluidische Spermasortierung könnte einen potenziellen Selektionsvorteil für minderwertige Spermien darstellen, der zu frühen Aborten führt.

Für wen ist das Verfahren geeignet?

Die mikrofluidische Spermiensortierung eignet sich besonders für Patienten, die bereits mehrere erfolglose Versuche einer intrauterinen Insemination oder IVF hinter sich haben. Außerdem sollte das Verfahren in Betracht gezogen werden, wenn mit der intrazytoplasmatischen Spermieninjektion nur eine geringe Befruchtungsrate erzielt werden konnte. Außerdem kann die Methode bei wiederholten Fehlgeburten oder mehreren erfolglosen Embryotransfers ausprobiert werden. Wenn die Embryonen der letzten IVF-Zyklen von geringer Qualität waren, kann auch das Microfluid Sperm Sorting eingesetzt werden. Als individuelle Therapiemethode kann der Arzt sie auch außerhalb der oben genannten Indikationen einsetzen. Die Methode eignet sich besonders für Paare, bei denen der Grund für die Kinderlosigkeit hauptsächlich beim Mann liegt. Schlechte Ergebnisse bei der IVF, die durch niedrige Befruchtungsraten oder frühe Fehlgeburten verursacht werden, können auf mangelhafte Spermien mit Defekten in ihrem Erbgut zurückzuführen sein. Der Arzt kann diese schlechte Qualität der Spermienprobe unter dem Mikroskop erkennen, wenn die Spermien ein verändertes Aussehen oder eine abnorme Beweglichkeit aufweisen.

Wie die Mikrofluid-Spermiensortierung funktioniert

Das Ziel des Verfahrens ist es, den physiologischen Selektionsprozess im weiblichen Körper vor der IVF so genau wie möglich nachzubilden. Der Mikrofluid-Chip hat einen Eingangs- und einen Ausgangsbereich, die durch einen kleinen Durchgang verbunden sind. Die native Spermaprobe wird in das Eingangsloch gegeben und die Spermazellen müssen dann ihren Weg finden, indem sie sich selbstständig gegen den Fluss der enthaltenen Flüssigkeit und durch sogenannte Mikrobarrieren bewegen. Dieses Labyrinth soll die Situation im weiblichen Eileiter so gut wie möglich imitieren. Indem die natürliche Selektion im weiblichen Körper nachgeahmt wird, wird sichergestellt, dass nur voll funktionsfähige Spermien die Passage durch den Chip überleben. Diese Funktionsweise liegt den meisten Mikrochips zugrunde, die zum Sortieren von Spermien verwendet werden.

Wissenschaftliche Ergebnisse zur Wirksamkeit

Bei einem Vergleich mit bereits etablierten Methoden zur Spermasortierung konnte das Microfluid Sperm Sorting System alle Proben korrekt in die subfertilen Zonen einordnen. In Zukunft könnte die Analyse von Spermien durch Microfluid Sperm Sorting Chips zu einer erschwinglicheren, schnelleren und einfacheren Methode werden, um weitere Erkenntnisse über die Qualität der Probe zu gewinnen, ohne dass teure Laborgeräte benötigt werden. Möglicherweise könnte der Test in Zukunft genauso eingesetzt werden wie ein Schwangerschaftstest für zu Hause.

Es ist wissenschaftlich erwiesen, dass die Qualität der ausgewählten Spermien den Gesamterfolg der Fruchtbarkeitsbehandlung, die Rate der Geburtsfehler und möglicherweise auch die Fruchtbarkeitsrate der männlichen Nachkommen beeinflussen kann. Im Praxistest konnte der Mikrochip die Spermien herausfiltern, die fast 100% beweglich und von höherer Qualität in Bezug auf ihre Morphologie und genetische Gesundheit waren. Das bedeutet, dass es häufiger möglich ist, Rückschlüsse auf die Kompetenz der Spermien zur Befruchtung der Eizelle zu ziehen. In klinischen Studien hat sich gezeigt, dass das Microfluid Sperm Sorting die Erfolgsquote eines IVF-Zyklus um bis zu 25% erhöht.

Für wen ist die Mikrofluid-Spermasortierung nicht geeignet?

Da Microfluid Sperm Sorting ein gewisses Maß an Eigenbeweglichkeit der Spermien voraussetzt, können Spermienproben mit insgesamt sehr geringer Beweglichkeit für die Methode ungeeignet sein. Diese Spermien können die Barrieren im Mikrochip nicht in ausreichender Menge überwinden. Dies wird vom Arzt oder von der Ärztin im Voraus mit Hilfe eines Mikroskops ausgeschlossen.

Fazit

Aufgrund ihrer vielversprechenden Anwendungsmöglichkeiten findet die Mikrofluid-Spermiensortierung heute immer häufiger Anwendung. Vor allem für unfruchtbare Paare, bei denen der männliche Teil die Ursache für die ungewollte Kinderlosigkeit zu sein scheint, kann die Methode ein Schritt zum Erfolg sein. Der Mikrochip bietet einen besonderen Vorteil, weil er die Spermien weniger traumatisch behandelt. Diese schonende Verarbeitung kann dazu beitragen, dass die Spermien genetisch so gesund wie möglich sind. Alles in allem scheint die Mikrofluid-Spermiensortierung ein weiterer Schritt in die richtige Richtung zu sein, um mehr Paaren auf ihrem Weg zur eigenen Familie zu helfen.

Quellen

• Segerink LI, Sprenkels AJ, ter Braak PM, et al. On-Chip-Bestimmung der Spermienkonzentration durch elektrische Impedanzmessungen. Lab Chip 2010;10:1018-24.
• Segerink LI, Sprenkels AJ, Oosterhuis GJE, et al. Microfluidic Chips for Semen Analysis. EJIFCC 2012;23:66-9.
• https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6087839/
• https://www.nature.com/articles/s41585-021-00530-9