Die Entwicklung von PGS

PGS ist die Praxis, eine Biopsie entweder aus dem Polkörper einer reifen Eizelle oder aus Zellen aus sich entwickelnden Embryonen zu entnehmen und die Zusammensetzung dieser Zellen genetisch zu analysieren. Die Ergebnisse dieser genetischen Analyse leiten den Embryologen bei der Auswahl der Embryonen für den Uterustransfer. Da PGS nur mit Zellen durchgeführt werden kann, die bei der Embryonenbiopsie gewonnen wurden, ist diese Technologie nur in Verbindung mit einem In-vitro-Fertilisationszyklus (IVF) möglich. PGS ist die Praxis der Bewertung von Embryonen auf chromosomale Aneuploidie, das Vorhandensein von entweder zu vielen oder zu wenigen Chromosomen, in chromosomal normalen Eltern. Im Gegensatz dazu ist die präimplantationsgenetische Diagnose (PID) die Praxis, Embryonen auf spezifische genetische Anomalien wie Sichelzellenanomalien oder Mukoviszidose zu untersuchen, bei denen der Trägerstatus bei jedem Elternteil dokumentiert wurde.Es wird angenommen, dass bestimmte Patientenpopulationen, einschließlich Paare mit fortgeschrittenem mütterlichem Alter, wiederkehrenden Fehlgeburten, wiederholtem Implantationsversagen und schwerem männlichem Faktor, eine Prädisposition für die Produktion aneuploider Embryonen haben.3,6,7 Viele haben vorgeschlagen, dass diese Patientenpopulationen von PGS profitieren könnten.3,7 Die Indikationen für den Einsatz von PGS in vielen Zentren werden jedoch ständig erweitert.3 Wie von der European Society of Human Reproduction and Embryology (ESHRE) berichtet, wurden in den letzten 10 Jahren 61% aller Präimplantations-Gentestzyklen für PGS durchgeführt.8 Dieser Beitrag konzentriert sich ausschließlich auf die klinischen Anwendungen im Zusammenhang mit PGS und nicht auf die PID.

PGS war und ist im Gegensatz zur PID eine umstrittene Technologie. Neuere Studien zeigen, dass mehr als 60% -90% aller Fehlgeburten im ersten Trimester das Ergebnis einer chromosomalen Aneuploidie sein können.3 Da so viele frühe Fehlgeburten auf Aneuploidie zurückzuführen sind, scheint PGS ein vernünftiger Eingriff zu sein, um die Effizienz zu verbessern, mit der euploide (chromosomal normale) Embryonen für den Uterustransfer in IVF-Zyklen ausgewählt werden. Klassische Studien haben berichtet, dass Fehlgeburten, die durch Aneuploidie verursacht werden, überproportional auf ausgewählte Chromosomen konzentriert sind.9,10 Diese Daten basieren auf der Karyotypanalyse von fehlgeschlagenen Schwangerschaften, die sich weit genug entwickelt haben, um Gewebe für die genetische Analyse zur Verfügung zu haben.9,10 Folglich konzentrierten sich Kliniken, die PGS in den frühen Tagen der Technologie durchführten, auf den Nachweis von Aneuploidie auf nur ausgewählten Chromosomen unter Verwendung von Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH), die typischerweise zwischen 5-14 Chromosomenpaaren und nicht allen 23 Chromosomenpaaren auswertet.11,12 Traditionell wurde die PGS-Biopsie ausschließlich an ungefähr 3 Tagen der Embryonalentwicklung nach der Befruchtung durchgeführt.11,12 Erste Daten mit PGS im Rahmen der Spaltstadienbiopsie mit FISCH zeigten vielversprechende Ergebnisse und sorgten für große Begeisterung für diese neue Technologie.3,13-15 Leider konnten die Ergebnisse dieses Ansatzes nicht zu Verbesserungen der klinischen Schwangerschaftsraten führen, und auf diesen Mangel an Wirksamkeit wurde nach einem wegweisenden Artikel von Mastenbroek im New England Journal of Medicine weitgehend verwiesen.16 In der Folge stellten ähnliche Arbeiten den Nutzen von PGS weiter in Frage, und Stellungnahmen großer medizinischer Fachgesellschaften rieten förmlich von seiner Verwendung ab.17-19

Weitere Untersuchungen ergaben jedoch mehrere biologische Einschränkungen, die die früheren Mängel klinisch angewandter PGS erklären könnten. Die Praxis der Polkörperbiopsie zur Bestimmung der genetischen Zusammensetzung einer befruchteten Eizelle ist eine häufig verwendete Modalität für die Durchführung von Präimplantationsuntersuchungen.3,8,20 Eine kritische Komponente der Eizellenentwicklung ist die meiotische Teilung, bei der ein haploider Satz ungenutzter mütterlicher DNA in einen sogenannten Polkörper marginalisiert wird.3,8 Die genetische Bewertung dieses polaren Körpers war anfangs sehr beliebt, da dieser Prozess eine Diagnose erhielt, ohne den sich entwickelnden Embryo zu stören, und vor der Befruchtung durchgeführt werden konnte.3 Dieser Ansatz ist jedoch nicht in der Lage, väterlich abgeleitete genetische Fehler oder Fehler, die nach oder während der Befruchtung auftreten, zu erkennen. Aufgrund dieser Einschränkungen wird die Polkörperbiopsie heute hauptsächlich in Ländern durchgeführt, in denen strenge Gesetze die Praxis der Embryonenbiopsie einschränken.3,21

PGS mit biopsierten Zellen aus sich entwickelnden Embryonen stellt jedoch auch Herausforderungen dar. Studien haben wiederholt dokumentiert, dass Embryonen am Tag 3 der Entwicklung einen hohen Mosaikgehalt aufweisen.22,23 Mosaik ist ein Zustand, in dem ein einzelner sich entwickelnder Embryo aus mehr als einer bestimmten genetischen Zelllinie besteht. Mit anderen Worten, Mosaikembryonen können euploide (normale) und aneuploide (abnormale) Zelllinien innerhalb eines einzelnen Embryos aufweisen. Studien, die dieses Phänomen bewerten, haben ergeben, dass die Mehrheit aller Embryonen am Tag 3 der Entwicklung Mosaik sein kann.22-24 Folglich kann eine Biopsie, die am Tag 3 der Entwicklung durchgeführt wird, zu einem Ergebnis führen, das nicht für den gesamten Embryo repräsentativ ist.3 Es wurde gezeigt, dass der Mosaikismus auch am Tag 5 der Embryonalentwicklung existiert.25 Jüngste Daten deuten jedoch darauf hin, dass der Mosaikismus am 5. Tag der Entwicklung stark reduziert sein könnte.3,26

Eine weitere Einschränkung der traditionell durchgeführten PGS war die Verwendung von FISH zur Bestimmung von Chromosomenanomalien. FISH bewertet typischerweise zwischen 5-14 und nicht alle 23 Chromosomenpaare.27 Neuere Studien haben gezeigt, dass embryonale Aneuploidie in klinisch signifikanten Mengen in allen 23 Chromosomenpaaren auftritt.28 Daher ist FISH nicht in der Lage, viele der Chromosomenanomalien zu diagnostizieren, die häufig bei sich entwickelnden Embryonen auftreten.Die Erkenntnis dieser beiden Haupteinschränkungen hat viele genetische Labors dazu veranlasst, PGS anzubieten, die Technologien verwenden, um den Chromosomenstatus aller 23 Chromosomenpaare unter Verwendung einer embryonalen Biopsie zu bewerten, die im Blastozystenstadium durchgeführt wird, typischerweise erreicht am 5. oder 6. Tag der Entwicklung. Es wurde berichtet, dass die klinischen Schwangerschaftsraten mit diesem Ansatz dem traditionellen Ansatz der Durchführung von PGS deutlich überlegen sind.29,30 Eine kürzlich durchgeführte Studie, in der mehr als 4.500 Embryonen mit 23 Chromosomenpaarbestimmungen untersucht wurden, ergab beispielsweise, dass die klinischen Schwangerschaftsraten bei Frauen mit rezidivierendem Schwangerschaftsverlust (RPL) gegenüber ähnlichen Studien mit FISH-PGS signifikant verbessert waren.29 Darüber hinaus wurden die Schwangerschaftsraten weiter verbessert, wenn PGS mit 23 Chromosomen an Embryonen im Blastozystenstadium (Tag 5/6 der Entwicklung) durchgeführt wurde, verglichen mit der Biopsie an Embryonen am Tag 3 der Entwicklung. 29,31,32 Ähnliche Ergebnisse wurden von vielen Kliniken in den USA und auf der ganzen Welt konsistent gemeldet.31,32 Dies hat ein erneutes Interesse an PGS geweckt, obwohl noch zu klären ist, ob PGS eine wirksame Technologie ist und welche Patientenpopulationen am besten von PGS bedient werden.Die Bewertung aller 23 Chromosomen im Rahmen von PGS weist inhärente Komplexitäten auf, die möglicherweise die Integrität von Daten beeinträchtigen können, wenn sie nicht ordnungsgemäß durchgeführt werden. Es gibt mehrere Ansätze, die verwendet werden, um die Bewertung von 23 Chromosomenpaaren durchzuführen. Die beiden Modalitäten, die heute am häufigsten verwendet werden, verwenden die Microarray-Technologie, entweder unter Verwendung des Einzelnukleotidpolymorphismus (SNP) oder der vergleichenden genomischen Hybridisierungstechnologie (CGH).3 Beide Technologien beruhen darauf, embryonale DNA zu erhalten, diese DNA zu fragmentieren und dann zu amplifizieren und dieses amplifizierte Produkt unter Verwendung von Mikroarrays zu bewerten. Dieser Amplifikationsprozess ist eine potenzielle Fehlerquelle, da das Versagen, das gesamte embryonale DNA-Produkt zu amplifizieren, zu einem falschen Ergebnis führen kann. Da das DNA-Produkt, das anfänglich amplifiziert wird, nur von 1 bis zu mehreren Zellen entnommen wird, kann jede externe DNA-Kontamination zu einem falschen Ergebnis führen.

SNP-Arrays bewerten den Ploidenstatus direkt mit einem dichten Array von ungefähr 300.000 genetischen Markern.3 CGH-Arrays werten dagegen weit weniger genetische Marker aus und vergleichen dieses Ergebnis mit einer bekannten normalen DNA-Probe.3 Jede dieser Microarray-Plattformen hat Vor- und Nachteile. Ein angeblicher Vorteil von SNP-Arrays ist ihre Fähigkeit, relativ kleine genetische Duplikationen oder Deletionen zu erkennen, obwohl der Wert dieser Informationen derzeit im Allgemeinen unklar ist. Ein Vorteil von CGH-Arrays ist, dass sie in 12-16 Stunden durchgeführt werden können, im Gegensatz zu mehreren Tagen für die meisten SNP-Arrays.