Die genetische Zusammensetzung der Spermien eines Mannes wird auf die nächste Generation übertragen, daher ist sie von entscheidender Bedeutung für die Entwicklung des Embryos. Eine hohe DNA-Fragmentierungsrate kann eine Ursache für männliche Fruchtbarkeitsprobleme sein, die anhand der bis heute angewendeten konventionellen Untersuchungen, etwa das Spermatogramm, nicht aufgedeckt werden kann.
Umfassende Studien haben in den letzten Jahren gezeigt, dass eine hohe DNA-Fragmentierungsrate die Chance auf eine erfolgreiche Schwangerschaft bedeutend senkt – unabhängig von der Methode der assistierten Befruchtung, die bei einem Paar angewendet wird.
Was bedeutet DNA-Fragmentierung/Segmentierung?
Das genetische Material (DNA) befindet sich im Inneren der Spermien und der Eizellen und ist für die Vererbung der genetischen Merkmale der Eltern an die nächste Generation verantwortlich. Sie hat die Form einer Doppelspirale, die durch chemische Verbindungen stabilisiert wird. Wenn diese Verbindungen aufbrechen, wird die Spirale instabil. Diese Spermien-DNA-Instabilität wird als Segmentierung oder Fragmentierung bezeichnet und ist im konventionellen Spermatogramm nicht enthalten. Für die hohe DNA-Segmentierung im Sperma gilt daher folgendes:
• Auch in Sperma mit normalem Spermatogramm kann eine hohe Segmentierung auftreten
• Die Segmentierung tritt bei Männern mit Fruchtbarkeitsproblemen häufiger auf.
• Sie ist höher bei Männern mit schlechten Spermaparametern im Spermatogramm (Beweglichkeit, Konzentration, Morphologie), was jedoch nicht immer sichtbar wird
Außerdem,,
• Sie steht nicht im Zusammenhang mit der IVF-Befruchtungsrate oder der Entwicklung des Embryos in den ersten zwei Tagen der Zellteilung (Furchung) im Labor
• Sie steht jedoch im Zusammenhang mit der Entwicklung der Embryonen nach der Ausbildung des väterlichen Genoms, die etwa im Blastozystenstadium stattfindet
• Sie steht im Zusammenhang mit automatischen Fehlgeburten im ersten Trimester, biochemischen Schwangerschaften und erfolglosen Implantationen, unabhängig von der angewendeten assistierten Befruchtungsmethode (IUI, IVF oder ICSI)
Was verursacht DNA-Segmentierung?
DNA-Segmentierung wird in der Regel endogen verursacht, etwa durch Oxidationsbelastung und die bei der Apoptose des Spermas auftretenden Anomalien. Die Apoptose ist ein natürliches biologisches Verfahren zur Entfernung der „gealterten“ Spermien auf dem Sperma des Mannes. Hohe DNA-Segmentierungsraten können auch durch folgende Faktoren auftreten:
• Chemo-/Strahlentherapie
• Entzündungen, hohes Fieber
• Schlechte Ernährung (fettreich)
• Medikamente und Drogen
• Erhöhte Hodentemperatur
• Rauchen
• Exposition an Umweltfaktoren und Toxine
• Höheres Alter des Mannes (> 50)
• Varikozele
Wer kann von der betreffenden genetischen Analyse profitieren?
Paare mit
• wiederholten misslungenen Versuchen einer künstlichen Befruchtung durch konventionelle IVF (ICSI)
• biochemische Schwangerschaften in der Vergangenheit
• fortgeschrittenes Alter
• Varikozele in der Anamnese
• Exposition an Umweltfaktoren und Toxine
Vorteile der Untersuchung der Sperma-DNA-Segmentierungsrate
Die genetische Untersuchung der Sperma-DNA-Segmentierungsrate ist eine verlässliche Methode, die angewendet werden kann
• um die Erfolgschancen eines IVF-Zyklus hinsichtlich des Erreichens einer Schwangerschaft zu prognostizieren,
• um Männer mit einer schlechten Prognose hinsichtlich des Erreichens einer Schwangerschaft aufzudecken.
Müssen hohe DNA-Segmentierungsraten ein Paar von einem Schwangerschaftsversuch durch eine assistierte Befruchtungsmethode abhalten?
Auch bei Paaren, in denen der Mann hohe DNA-Segmentierungsraten aufweist, ist eine normale Schwangerschaft möglich, aber weniger wahrscheinlich, da die Anzahl der Spermien, die keine Segmentierung aufweisen, deutlich kleiner ist. Dies bedeutet, dass die betreffende Untersuchung keine absolute Erkenntnis bringt und dass die übrige Anamnese des Paares mitberücksichtigt werden muss. Studien haben gezeigt, dass die Eizelle einer jungen Frau (Alter < 35) rund 40 % der DNA-Segmentierung korrigieren kann.
Trotzdem haben Embryonen, die von Sperma mit hoher DNA-Segmentierungsrate stammen, schlechte Implantationsprognosen, weil Mutationen auftreten können, die die Entwicklung des Embryos bis zum Blastozystenstadium beeinträchtigen oder zu einer Fehlgeburt führen können.
Gibt es eine Therapie?
Wenn die DNA-Segmentierung auf Oxidationsbelastung beruht, kann sich eine Änderung der Lebens- und Ernährungsgewohnheiten in einigen Fällen erfolgreich auswirken. Vitaminkomplexe mit antioxidativer Wirkung und der Verzehr bestimmter Lebensmittel (z. B. Gemüse, Nüsse, Rotwein), die reich an Antioxidantien sind, sowie die Behandlung von etwaigen Entzündungen tragen hierzu bei. Wenn also bestimmte Maßnahmen ergriffen werden, sollte anschließend die DNA-Segmentierungsrate erneut untersucht werden.
Außerdem haben Studien gezeigt, dass bei hohen DNA-Segmentierungsraten die Mikro-Fertilisation (ICSI) die wirksamste Befruchtungsmethode ist, verglichen mit der konventionellen Methode (ΙVF), und daher vorgezogen werden sollte.
Was genau sagt die DNA-Segmentierung aus und wie wird sie ermittelt?
Es gibt viele Methoden zur Berechnung der Sperma-DNA-Segmentierungsrate.
In unserem Labor wird eine Methode angewendet, die auf die Messung der Streuung nach der Abspaltung des Chromatin der Spermien basiert (Sperm Chromatin Dispersion Test, SCD).
Die Samenprobe wird chemisch bearbeitet, um die Spermien-DNA abzuspalten und ihre Kernproteine (Halosperm Kit) zu entfernen, die zur Entstehung von Halo führt. Es folgt die mikroskopische Untersuchung von ca. 500 Spermien, die in normale (mit Halo um ihre Köpfe herum) und abnorme mit DNA-Segmentierung (mit sehr wenig oder gar kein Halo) unterteilt werden (Abb. 2).
ABBILDUNG 2 – (a) Normales Spermium mit nicht segmentierter DNA, da sich um seinen Kopf Halo angesammelt hat. Abnorme Spermien mit segmentierter DNA, (b) mit sehr wenig Halo und (c) ohne Halo.
Die Ergebnisse werden anhand des DFI-Indexes (DNA-Fragmentierungsindex) dargestellt, d. h. als %-Index der Spermien des Musters mit segmentierter DNA.
Nach der internationalen Literatur werden die Ergebnisse in drei große Kategorien unterteilt, je nach Ausmaß der Segmentierung (in %):
DFI > 30 %: hohe DNA-Segmentierung der Spermien, niedrige Fruchtbarkeit
DFI > 16-29 %: mäßige DNA-Segmentierung der Spermien, hohe Fruchtbarkeit
DFI > 15 %: niedrige DNA-Segmentierung der Spermien, hohe Fruchtbarkeit
Als normales Ergebnis gilt ein Fragmentierungsindex (DFI) von unter 30 %.
Auch Paare, bei denen das Sperma des Mannes eine hohe DNA-Segmentierungsrate aufweist, können eine normale Schwangerschaft haben, sie ist allerdings weniger wahrscheinlich und weist ein erhöhtes Fehlgeburtsrisiko auf.
