Weber, Holm: ”Optimierung der Glaswollefiltration von menschlichen Ejakulaten zum Zwecke der assistierten Reproduktion und für labordiagnostische Untersuchungen“

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Kapitel 1. Einführung

In der internationalen Spermiogramm-Nomenklatur unterliegt die untere Grenze für Normozoospermie zeitlichem Wandel. In den Arbeitsanleitungen zur standardisierten Laboruntersuchung von Sperma und Hodenparenchym des Jahres 1983 wurde eine Spermatozoenzahl von 40 Mio/ml im nativen Ejakulat in der andrologischen Diagnostik für ”normal“ angesehen (Andrologie-Report). Unter Berücksichtigung intraindividueller Variation erfüllen später bereits 30 Mio. Zellen pro ml den Anspruch der Normozoospermie. Das ”WHO-Laborhandbuch zur Untersuchung des menschlichen Ejakulates und der Spermien-Zervikalschleim-Interaktion“ (Springer-Verlag) gibt 1993 eine Konzentration von 20 Mio/ml als untere Normgrenze an. Angesicht dieser Anpassung könnte man davon ausgehen, ein immer größerer Teil der Bevölkerung erfüllte diese Voraussetzung. Tatsächlich steigt die Zahl, sich in andrologische Behandlung begebender Männer. In deren Partnerschaften konnten häufig Störungen der weiblichen Fortpflanzungssorgane als Ursache der Kinderlosigkeit ausgeschlossen werden. Mit einer verringerten Spermienkonzentration geht meist eine Beeinträchtigung der Spermienmotilität, vor allem der Progressivbeweglichkeit, einher. Modernste Verfahren der assistierten Reproduktion finden bei therapeutisch nicht beeinflußbarer Oligoasthenozoospermie Zugang. So bieten sich bei schwersten Fällen von Oligozoospermie fachübergreifend mit der Einführung der ICSI-Methode neue Möglichkeiten. Durch ihren hohen Grad an Vereinzelung verwendeter Spermatozoen wirft sie ethische Fragen auf, stellt oft aber die letzte Behandlungsmöglichkeit bei ungewollter Kinderlosigkeit dar. Routineverfahren wie die homologe intrauterine artifizielle Insemination und die in-vitro Fertilisation bleiben jedoch nach wie vor Mittel der Wahl. Für deren Erfolgsaussichten kommt den Spermienpräparationstechniken eine Schlüsselrolle zu.


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Die Bestandteile des Seminal-Plasmas beeinflussen die Fertilisierungs- kapazität menschlicher Spermatozoen (Reddy et al., 1979). Das Ziel der Samenpräparation für assistierte Reproduktionstechniken ist es, motile und morphologisch normale Spermien von immotilen, morphologisch anormalen und toten Spermatozoen, Epithelzellen aus dem Urethraltrakt, Spermienvorstufen, Leukozyten, Zelltrümmern und dem Seminalplasma zu trennen.

Als die bekanntesten stehen Swim-up, Fall-down, diskontinuierliche Percoll-Gradienten-Zentrifugation, SpermPrep* und Glaswollefil- tration zur Verfügung.

Traditionell kam das single-tube Swim-up (ST-SU: Lopata et al., 1976) in vielen Infertilitätszentren zur Anwendung. Es wurde jedoch beobachtet, daß dieses Verfahren hinsichtlich seiner Fertilisationsrate bei oligozoospermen Samenmustern für die IVF menschlicher Oozyten ineffizient ist (Alper et al., 1985). 1985 schlugen Mahadevan et al. darauf aufbauend das multiple-tube Swim-up (MT-SU) für die Aufbereitung qualitativ schlechter Samenproben vor. Unter Nutzung der MT-SU-Technik konnten Tanphaichitr et al., 1987 eine Überlegenheit gegenüber dem ST-SU im Hamster-Ovum- Penetrations-Test nachweisen. Ein Vergleich zwischen dem MT-SU-Verfahren und der diskontinuierlichen Percoll-Gradienten- Zentrifugation zeigte in allen post-separativen Spermien-Parametern keinen signifikanten Unterschied. Beide Methoden sind gleichermaßen für die Aufbereitung normozoospermer Ejakulatproben im Rahmen einer Fertilitätsbehandlung geeignet (Chan et al., 1991).

Neben dem Swim-up, auch als Sperm-rise bezeichnet, wurde die Methode vom Sedimentationstyp, als Fall-down bekannt, entwickelt (McDowell, 1983). Im Vergleich mit anderen Präparationsverfahren zeigt es sowohl in der Ausbeute morphologisch normaler Spermien als auch bei der Reduzierung bakterieller Kontamination keinen signifikanten Unterschied. Die prozentuale Motilität, erzielt mittels Fall-down, liegt unter den Swim-up-Werten, entspricht weitestgehend der des nativen Ejakulates. In der Spermienzahl pro ml erweist sich die Sedimentationstechnik als überlegen (Sun et al.,1987).


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Derzeitig hat das Verfahren gerade in Hinblick auf die Bewegungsparameter an Bedeutung verloren.

Auf der Grundlage des kontinuierlichen Percoll-Gradienten (Gorus & Pipeleers, 1981; Arcidiacono et al., 1983) ging die weitere Entwicklung in Richtung der Zentrifugation über einen diskontinuierlichen Percoll-Gradienten (Forster et al., 1983; Dravland & Mortimer, 1985; Berger et al., 1985). Mit der einfachen, 2-schichtigen diskontinuierlichen Percoll-Gradienten-Zentrifugation steht ein leistungsfähiges Präparationsverfahren zur Verfügung. Bei einer Spermienkonzentration weit unter 20 Mio/ml und/oder mit weniger als 50% progressive Motilität aufweisenden Spermien ist es aufgrund der besseren Ausbeute sogar dem Swim-up vorzuziehen, denn Abstufung und Zusammensetzung des Percoll-Gradienten können speziellen Ejakulaterfordernissen angepaßt werden. Ord et al. (1990) ließen beispielsweise die Probe über mehrere Mini- Percoll-Gradienten laufen.

Eine Ein-Weg-Samen-Filtrations-Säule, SpermPrep* (Fertility Tech- nologies Inc., Natick, MA) wurde auf der 45. Jahrestagung der ”American Fertility Society“ in San Francisco, Californien, vorgestellt (Zavos PM, Centola GM.). Sie enthällt Polysaccharid- Kügelchen, die nach dem Anfeuchten rauhe Oberflächen- Vertiefungen entwickeln. Morphologisch defekte Spermatozoen und Seminalplasmabestandteile werden bei der Durchdringung der Säulenporen abgeschieden, wärend motile Spermien passieren. Eine Konzentrierung wird bei dieser Methode allerdings nicht erreicht. Da das gerade bei oligozoospermen oder asthenozoospermen Ejakulaten problematisch sein kann, wird eine 40% Percoll-Dichtegradienten-Zentrifugation vorangestellt. Der mittels SpermPrep-Methode erzielte Ertrag motiler Spermatozoen ist dabei signifikant höher, als bei 2-Schicht-Percoll-Dichtegradient- und Swim-up-Präparation. Die Spurgeschwindigkeitswerte heben sich allerdings nicht vom Niveau beider Vergleichsverfahren ab. Bereits ein Behandlungszyklus zeigt gute Konzeptionsraten nach IUI (Ohashi et al., 1992).


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Durch kontinuierliche Weiterentwicklung verlor die Glaswolle- Filtration als konkurrierendes Präparationsverfahren nie an klinischer Relevanze. Nach Paulson & Polakoski, 1977, wurde durch Jeyendran et al., 1986 eine Standardisierung des Filteraufbaues gegeben. Das Separationsprinzip beruht zum Einen auf einer Filtrationswirkung der Glaswollfasern. Zum anderen ist die Eigenbeweglichkeit motiler Spermatozoen tragender Pfeiler. Die Vorzüge dieser Technik der Spermienpräparation gegenüber den vorgenannten Methoden sind vielfältig. Es handelt sich um ein einfaches, schnell durchführbares und effizientes Verfahren für die Gewinnung motiler Spermien. Der laborative Ausstattungs- und Arbeitsaufwand ist vergleichsweise gering.Eine schonende und vor allem frühzeitige Trennung vitaler von geschädigten Zellen ist gegeben. Die heute erzielte Reinheit des benutzten Glaswollfasermaterials schließt toxische Reaktionen aus. Glaswollfasern sind chemisch absolut inert. Bei der Gegenüberstellung mit den beiden Referenzverfahren: diskontinuierlicher Percoll-Gradient und Swim-up, war die Glaswolle-Filtration beiden überlegen. Während letztere kontinuierlich signifikant höhere effektive Konzentrationen an lebenden Spermien mit guter Beweglichkeit lieferte, schwankten die Swim-up-Ergebnisse bei Problem-Ejakulaten (Coetzee et al., 1994). Die Glaswolle-Filtration ist ebenfalls erfolgreicher als die Percoll-Zentrifugation, wenn die Ejakulate asthenozoosperm sind oder einen abnormen HOS-Test zeigen (Rhemrev et al., 1989).
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