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Nordhoff V, Kliesch S  
Spermienfunktionsdiagnostik im neuen WHO-Labormanual 2021 – eine Aufwertung? // Sperm function tests in the WHO manual 2021 – an upgrade?

Journal für Reproduktionsmedizin und Endokrinologie - Journal of Reproductive Medicine and Endocrinology 2022; 19 (4): 184-189

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Keywords: männliche InfertilitätSpermien DNASpermienanalyseWHO-Laborhandbuch

Spermienfunktionsdiagnostik im neuen WHO-Labormanual 2021 – eine Aufwertung?

V. Nordhoff, S. Kliesch

Eingelangt und angenommen am 23. August 2022 (verantwortlicher Rubrik-Herausgeber: F.-M. Köhn, München)

Aus dem Centrum für Reproduktionsmedizin und Andrologie, WHO Kooperationszentrum zur Erforschung der männlichen Fertilität, EAA Ausbildungszentrum, Universitätsklinikum Münster

Korrespondenzadresse: PD Dr. Verena Nordhoff, Centrum für Reproduktionsmedizin und Andrologie, Universitätsklinikum Münster (UKM), Albert-Schweitzer-Campus 1, Gebäude D11, D-48149 Münster, Domagkstraße 11; E-Mail: verena.nordhoff@ukmuenster.de

Die klassische Spermienanalyse basiert auf den drei wichtigsten Parametern: der Konzentration oder Spermiengesamtzahl, der Morphologie und der Motilität. Andere physiologische Funktionsstörungen der Spermien, möglicherweise auch ohne eingeschränkte Basisejakulatparameter, sind jedoch nur schwer erkennbar, weil die zugrundeliegenden Mechanismen noch nicht genau erforscht oder die Methoden nicht validiert sind. Die 6. Auflage des WHO-Manuals enthält zusätzlich zu den Kapiteln der Basisuntersuchungen ein weiteres mit sogenannten „erweiterten (extended) Untersuchungen“ und eines zu „weiterführenden (advanced) Untersuchungen“ zur Spermienfunktionsbeschreibung. Einige der beschriebenen Tests stellen eine gute Erweiterung der Basisuntersuchungen dar, andere werden zwar zu den erweiterten Untersuchungen gezählt und empfohlen, jedoch fehlt die Evidenz für deren Anwendung in der Routine.

In dieser Übersichtsarbeit werden die Untersuchungen, die im Handbuch beschrieben sind, und diejenigen Assays, die keine Erwähnung finden, kurz vorgestellt und deren Aussagekraft kritisch bewertet.

Schlüsselwörter: Spermienanalyse, Spermienfunktionstests, Spermien DNA, männliche Infertilität, WHO-Laborhandbuch

Sperm function tests in the WHO manual 2021 – an upgrade? Classical sperm analysis is based on the three most important semen parameters, concentration or total sperm count, morphology and motility. However, other physiological sperm dysfunctions, possibly without restricted semen para­meters, are difficult to detect because the underlying mechanisms are still not well understood. The 6th edition of the WHO manual includes additional chapters apart from the basic evaluation methods with so-called “extended examinations” and another one on “advanced examinations” for testing sperm function. Some of the mentioned tests can be considered as a good extension of the basic examinations, other tests are recommended as advanced examinations, but their evidence for use in daily routine is low.

In this review, these tests are shortly presented and their significance is critically evaluated. Moreover, examinations that are not mentioned in the manual, but with potential importance for sperm function analysis are also described. J Reproduktionsmed Endokrinol 2022; 19 (4): 184–9.

Key words: sperm analysis, sperm function tests, sperm DNA, male infertility, WHO manual

Einleitung

Ungefähr 70 % aller Fälle männlicher Unfruchtbarkeit können auf eine unzureichende Spermienproduktion, eine abnorme Spermienmorphologie, eine gestörte Spermienmotilität oder eine Kombination dieser drei Parameter zurückgeführt und in der klassischen Ejakulatanalyse identifiziert werden. Eine Funktionsstörung der Spermien ohne eingeschränkte Basisejakulatparameter jedoch ist nur schwer erkennbar, weil die zugrundeliegenden Mechanismen noch nicht genau erforscht sind und entsprechende gezielte Testmethoden fehlen. Im weiblichen Genitaltrakt müssen Spermien eine zeitlich und örtlich festgelegte Abfolge von Funktionen oder Aktivierungen durchlaufen, um ihr Ziel, die Eizelle, zu erreichen [1]. Einige wichtige Funktionen bringen die reifen Spermien nach der Nebenhodenpassage mit, wie z. B. die Fähigkeit zur Akrosomreaktion oder zur Hyperaktivierung, um später die Zona pellucida zu durchdringen und mit der Eizelle zu fusionieren. Andere Funktionen erwerben sie erst im weiblichen Genitaltrakt, wie z. B. im Fall der Kapazitation.

Das neue WHO-Manual [2] enthält zusätzlich zu den Kapiteln der klassischen Ejakulatanalyse und den dazu gehörenden Basisuntersuchungen ein Kapitel mit sogenannten „erweiterten (extended) Untersuchungen“ und eines zu „weiterführenden (advanced) Untersuchungen“ zur Spermienfunktionsbeschreibung.

In dieser Zusammenfassung werden die Untersuchungen, die im Handbuch beschrieben sind, und diejenigen, die keine Erwähnung finden, kurz vorgestellt und deren Aussagekraft kritisch bewertet.

WHO-Manual – Kapitel „­Basisuntersuchungen“

Die Basisuntersuchungen bilden den Grundstock für die Analyse eines Ejakulates. Dazu gehören die Bestimmung des Volumens, die Beurteilung des Aussehens und die erste makroskopische Untersuchung. Dann folgen die Messung des pH-Wertes, die Analyse der Vitalität, die Bestimmung der Konzentration, die Auszählung der Motilität und weitere Analysen, wie z. B. die Bestimmung der Leukozyten etc. und natürlich die Differenzierung der Morphologie.

Die Vitalität der Spermien im Ejakulat wird klassischerweise meist mit Eosin oder Eosin-Nigrosin bestimmt, so können auch vitale, aber immotile Spermien bei hochgradiger Asthenozoospermie identifiziert werden (Tab. 1). Eine im WHO-Manual beschriebene Alternative für die Bestimmung der Vitalität von zumeist immotilen Spermien ist der hypoosmotische Schwelltest (HOS-Test [2]).

Beide Tests sind für die Diagnostik der Vitalität sicherlich ausreichend; wenn es jedoch zu einer Therapie mittels ICSI kommt, sind diese Untersuchungen ungeeignet, da sie durch die Applikation des Farbstoffs im Falle des Eosintests, oder durch das extreme Aufschwellen des Flagellums beim HOS-Test, unbrauchbar werden. Daher können bei einer ICSI diese beiden Tests nicht zur Anwendung kommen.

Die Alternative zum klassischen HOS-Test ist z. B. der modifizierte HOS-Test (nicht im WHO-Manual beschrieben), dieser setzt nur die Flagellenspitze der hypoosmotischen Lösung aus; so können reagierende Spermien sofort wieder in eine normoosmotische Lösung zur Normalisierung der Schwellung gesetzt und dann für die ICSI weiterverwendet werden.

Alternativ, aber ebenfalls nicht im Handbuch beschrieben, können aktivierende Substanzen, z. B. Xanthinderivate (Theophyllin oder Pentoxyphyllin), zur pharmakologischen Induktion von Bewegungen des Flagellums verwendet werden. Auch kann eine Selektion ­vitaler, aber immotiler Spermien mittels eines Lasers, der in das ICSI-Mikroskop integriert ist, angewendet werden („­laser assisted immotile sperm selection“, LAISS): vitale Spermien zeigen nach kurzem Laser-Schuss auf das Flagellum eine Einrollreaktion und können erfolgreich für die ICSI eingesetzt werden [3].

Auch die Verwendung eines Spermienflexibilitätstests („sperm tail flexibility test“, STFT) ist eine Alternative; jedoch ist hier eine langjährige embryologische Erfahrung unabdingbar, da die Vitalität nur aufgrund der Elastizität des Spermenflagellums erkannt werden kann [4]. Alle Methoden können auch bei morphologischen Defekten, z. B. aufgrund einer genetischen Erkrankung wie beispielsweise beim Karthagener-Syndrom, wo die Zilien durch Mutationen in den Motorproteinen immotil sind, eingesetzt werden [5].

WHO-Manual – Kapitel „­Erweiterte Untersuchungen“

Das aktuelle WHO-Manual beschreibt in diesem Kapitel Untersuchungen, die für die routinemäßige Samenanalyse nicht erforderlich sind, die aber unter bestimmten Umständen für eine genauere Diagnose oder für Forschungszwecke nützlich sein können. Doch weist die WHO auch darauf hin, dass, obwohl in vielen Publikationen hohe Korrelationskoeffizienten zur Nützlichkeit der in diesem Kapitel aufgezeigten Assays beschrieben sind, diese nicht unbedingt eine Aussage darüber treffen können, welche Tests im individuellen Fall notwendig oder sinnvoll sind [2].

Erweiterte Untersuchungen listet die WHO zu den folgenden Themen auf: multiple Spermiendefekte, Spermien-DNA-Fragmentation, genetische und genomische Untersuchungen, immunologische Tests, Marker einer Genitaltraktentzündung, unreife Keimzellen im Ejakulat, Antikörper auf Spermatozoen, biochemische Assays zur Bestimmung der akzessorischen Drüsenfunktion und die Analyse der Ejakulatsequenz. Genauer soll hier auf die multiplen Spermiendefekte und die DNA-Fragmentation eingegangen werden.

Multiple morphologische Spermien­defekte

Eine detailliertere Beschreibung von abnormer Spermienmorphologie ist sicher­lich sinnvoll, kann jedoch, mit Ausnahmen, keine genauere Prognose für die Fertilität, sei es spontan oder nach assistierter Befruchtung, geben. Eine eingeschränkte Morphologie kann auch auf Stress oder eine Nebenhodenfehlfunk­tion hindeuten. In einigen Fällen kann die Einschränkung aber auch das Resultat z. B. einer genetisch bedingten Spermienschwanzstörung sein (multiple morphologische Anomalien der Spermienflagellen, MMAF [6, 7]). MMAF-Phänotypen sind sehr heterogen [8]: Es gibt Spermien mit einer stark eingeschränkten bis vollständig fehlen­den Motilität bei normaler Vitalität (z. B. „­dynein axonemal heavy chain I“, DNAH1) im Karthagener-Syndrom [6], Membranschäden mit Unterbrechungen der regulären Mittelstück- und Flagellenstruktur, eine Defizienz oder das vollständiges Fehlen der im Mittelstück lokalisierten Mitochondrien oder auch pathologische Veränderungen der Länge der Flagellen (aktuelle Liste siehe [9]). Auch gibt es eine besondere Form der Teratozoospermie: die Makro­zoospermie, bei der ausschließlich pathomorphe Spermien mit zu großen, amorphen Kopfsegmenten, abnormalen Mittelstücken und multiplen Flagellen im Ejakulat zu finden sind, z. B. durch Mutationen in der Aurora-Kinase C- (AURKC-) Gen [10, 11].

Dies zeigt, dass bei morphologischen Auffälligkeiten der Spermatozoen eine erweiterte Diagnostik sicherlich sinnvoll ist und auch immer empfohlen werden sollte.

Spermien-DNA-Fragmentation

Die Stabilität der Chromatinstruktur der Spermien ist von grundlegender Bedeutung für die spätere Embryonalentwicklung. Ist die Stabilität des Chromatins beeinträchtigt, kann dies zu DNA-Schäden führen und in Folge dessen zu eingeschränkter Entwicklung und Qualität der Embryonen. Zu Schäden an der DNA, hier vor allem zu Doppel- oder Einzelstrangbrüchen, kann es während des Austauschs der Histone durch die kleineren Protamine während der DNA-Kondensation kommen (Tab. 1) [12]. Die Ursachen können mannigfaltig sein, so werden verschiedene intrinsische und auch extrinsische Einflüsse postuliert, wie z. B. Infektionen und Entzündungen im männlichen Genitaltrakt, eine Varikozele oder auch Pharmaka und Lifestyle-bezogene exogene Noxen wie z. B. Tabakrauchen [13–15]. Da die DNA-Fragmentation nicht unbedingt mit einer Einschränkung der Samenqualität einhergeht, können solche Tests eine individuelle Ergänzung zur Abklärung einer männlichen Infertilität sein.

Die WHO beschreibt sehr detailliert die verschiedenen direkten oder indirekten Testverfahren, die eine Schädigung der DNA nachweisen können [2]. So gibt es Verfahren wie den TUNEL-­Assay, den „sperm chromatin dispersion“- oder Halo-Test, den COMET-Assay und den „sperm chromatin stucture assay“ (SCSA) – einen Acridin-Orange-basierten Flowzytometrie-Assay (Tab. 1).

Problematisch für die Beurteilung und Vergleichbarkeit ist allerdings, dass die diagnostischen Schwellenwerte für jeden Assay unterschiedlich sind. Daher ist es notwendig, dass für jede einzelne Untersuchung geeignete Schwellwerte vom durchführenden Labor bestimmt und validiert werden – ein Umstand, auf den auch die WHO in diesem Kapitel hinweist.

Die Varianz ist durch die zumeist hohe intraindividuelle und Interassay-Varia­bilität des aus dem jeweiligen Test resultierenden DNA-Fragmentations-Index (DFI) bedingt. Standardisierte „Normalwerte“ werden nicht vorgegeben und die Grenzen zwischen einem physiologischen und pathologischen DFI variieren von Labor zu Labor. Eine Vergleichbarkeit der Tests zwischen verschiedenen Laboren oder Qualitätskontrollen existieren für diese Analysen nicht. Daher wird der Stellenwert des DFI immer noch sehr kontrovers in der Literatur diskutiert, die entsprechenden Assays sind bisher nicht als Screeningverfahren in der andrologischen Routinediagnostik empfohlen [16–20].

Für die In-vivo-Selektion von chromosomal normalen Spermien gibt es bisher keine Methoden, die in der Routine zum Einsatz kommen. Es gibt jedoch einen experimentellen Ansatz mittels Ramanspektromikroskopie, bei der die Spermien nach Analyse noch intakt sind [21, 22]. Die weitere Forschung wird zeigen, ob diese Methode zukünftig für die Routine anwendbar sein wird.

WHO-Manual – Kapitel „Weiterführende Untersuchungen“

Das WHO-Manual listet unter den weiterführenden Untersuchungen Tests zum oxidativen Stress und ROS, zur Akrosomreaktion, zum Spermienchromatin, zum transmembranen Ionenfluss und -transport auf und beschreibt die Anwendungsmöglichkeiten der Computer-­assistierten Spermienanalyse (CASA), sowie möglicher neue Technologien (siehe auch Tab. 1).

Oxidativer Stress und ROS

Es wird vermutet, dass „reactive oxygen species“ (ROS) im männlichen Genitaltrakt dazu führen, dass die Spermienfunktion beeinträchtig wird. Obwohl Spermien ROS benötigen, um den Fertilisationsprozess zu unterstützen [23], kann eine überschießende Produktion, z. B. durch Zytoplasmareste der Spermien oder durch Leukozyten im Seminalplasma, oxidativen Schaden bewirken [24] und so ein möglicher Grund oder Kofaktor für die männliche Fertilitätsstörung sein [25]. Hier sind es vor allem durch ROS induzierte DNA-Schäden an den Spermien, die in Zusammenhang mit einer eingeschränkten Fertilität stehen.

Es gibt Messmethoden, die das Gleichgewicht des Reduktions-Oxidations- (­REDOX-) Potentials und das Gleichgewicht von Antioxidantien und ROS untersuchen können. Jedoch sind diese Tests bzw. die auf dem Markt befindlichen Geräte [26] aus klinisch-diagnostischer Sicht eher noch zurückhaltend zu bewerten, da noch keine eindeutige Evidenz für ihre diagnostische Relevanz bzw. die Validität der Messmethodik vorliegen. Daher bewertet die WHO diese zusätzlichen Untersuchungen eher als optionale oder Forschungstests [2].

Akrosomreaktion

Das Spermium besitzt eine akrosomale Kappe mit darin eingelagerten Enzymen, die in der Nähe der Eizelle zur Akrosomreaktion ausgeschüttet werden. Dadurch wird es dem Spermium erst möglich, die Zona pellucida zu durchdringen und anschließend mit dem Oolemma der Eizelle verschmelzen zu können. Die Akrosomreaktion ist ein wichtiger Bestandteil der Spermien-Eizell-Interaktion und damit des Fertilisationsprozesses [27, 28]. Es scheint so zu sein, dass mehrere Stimuli die Akrosomreaktion auslösen können.Dazu gehören z. B. Zona-pellucida-Proteine [29] und Progesteron [30]. Eine Meta-Analyse konnte zeigen, dass eine signifikante Korrelation zwischen dem Anteil an Spermien mit durchlaufender Akrosomreaktion und der Befruchtungsrate besteht [31].

Für den Nachweis der Intaktheit des Spermienakrosoms werden histochemi­sche Methoden (z. B. Anfärbung mit Pisum-sativum-Agglutinin, Tab. 1) oder auch fluoreszenz- oder polarisationsmikroskopische Techniken angewandt [32–34]. Auch ist es möglich, die Induzierbarkeit der Akrosomreaktion durch den sogenannten ARIC-Test (Acrosome Reaction following Ionophore ­Challenge mittels Ca2+-Ionophor A23187) zu untersuchen [35]; die Induzierbarkeit kann als prädiktiver Parameter für das Fertilisationsvermögen von Spermien verwendet werden [36, 37].

Allerdings sind diese Tests durchaus kostspielig und eher keine Routine-Untersuchungen [33]. Auch ist eine weitere Validierung und Bewertung erforderlich, bevor solche Akrosomreaktionstests als klinische Routineuntersuchungen angesehen werden können [2].

Tests, die das Bindungsverhalten von Spermien an eine halbierte Zona pellucida (Hemizona-Assay [36, 38]) oder das Eindringen in zonafreie Hamstereizellen (HOP-Test [36]) untersuchen, werden kaum noch angewendet und sind auch aufgrund von Materialmangel fast nicht mehr möglich. Daher wurden sie aus dem aktuellen WHO-Laborhandbuch gestrichen [2].

Transmembraner Ionenfluss und -transport

Eine funktionelle Analyse des transmembranen Ionenflusses und -transports könnte ein neues diagnostisches Tool zur Erforschung der männlichen Infertilität sein, denn die Navigation der Spermien im weiblichen Genitaltrakt, die Kapazitation, die Hyperaktivierung und auch die Akrosomreaktion werden durch Änderung des intrazellulären pH-Wertes, der Membranspannung und der wechselnden intrazellulären Ca2+-Konzentration gesteuert [2].

Dafür verantwortlich sind Ionenkanäle und -transporter, die ausschließlich in Spermien zu finden sind, z. B. der ­CatSper-Ca2+-Kanal, Slo3-K+-­Kanäle und sNHE-Na+/H+-Austauscher [39, 40]. Man vermutet seit Langem, dass ungeklärte Spermienfehlfunktionen durch Defekte in solchen Proteinen verursacht werden können. So wurden Patienten mit diagnostisch völlig unauffälligem Spermiogramm und vermeintlich normalbeweglichen Spermien beschrieben, denen jedoch funktionelle CatSper-­Kanäle fehlen [41–44]. Diese Patienten konnten weder auf natürlichem Wege noch mithilfe einer IVF Kinder zeugen. Spermien, denen funktionelle CatSper-Kanäle fehlen, können vermutlich die Zona pellucida nicht durch­dringen, weshalb eine ICSI-Therapie für die Fertilisierung erforderlich ist [40, 42, 43, 45, 46]. Routinediagnoseverfahren, die solche Ionenkanal­defekte nachweisen können, sind zurzeit noch nicht ­verfügbar, werden aber, mit entsprechender Forschungsgrundlage, sicherlich ­zukünftig angeboten werden (Tab. 1).

Nicht im WHO-Manual erwähnt werden neue physiologische Ansätze zur Funktionsanalyse, wie z. B. der Nachweis der Phospholipase C (PLC) zeta. PLC zeta ist zur Aktivierung der Eizelle notwendig und könnte möglicherweise als Biomarker kompetenter Spermien dienen [28]. Nachteil ist jedoch, dass dieser Test nur ein diagnostisches Hilfsmittel ist, um nachzuweisen, dass solche Spermien existieren. Für therapeutische Maßnahmen sind die Spermien nach der Analyse leider nicht mehr verwendbar. Dies könnte auch der Grund sein, warum die WHO diese Untersuchung nicht mit in das neue Manual aufgenommen hat.

Ebenfalls keine Erwähnung finden epigenetische Untersuchungen, wie z. B. die Analyse der DNA-Methylierung oder der Histonmodifikation, die jeweils die Expression der Gene verändern können. Zum Beispiel geht eine Einschränkung der Ejakulatparameter mit Veränderungen der DNA-Methylierung einher [47] und Spermien von Männern mit OAT-Syndrom zeigen zum Teil ein maternales und somit nicht korrektes Muster epigenetisch geprägter Gene [48].

Computer-assistierte Spermienanalyse (CASA)

CASA-Systeme werden schon länger verwendet, um die klassischen Parameter eines Spermiogramms zu ermitteln. Die korrekte Bestimmung der Morphologie gelingt teilweise, hängt jedoch in hohem Maß von der Standardisierung und Qualität der Färbung ab. Die Ermittlung der korrekten Konzentration ist stark abhängig von der genauen Erkennung intakter Spermien. Unzuverlässiger sind diese Systeme bei der Bestimmung der Motilität, da der prozentuale Anteil der beweglichen von der Anzahl der unbeweglichen Spermien vorgegeben wird; der unbewegliche Anteil kann jedoch durch das falsche Mitzählen von Debris ein ungenaues oder sogar falsches Ergebnis liefern [2].

Optimal sind CASA-Systeme für kinematische Analysen, da sie bewegliche Zellen einzeln verfolgen und ihre Geschwindigkeit ermitteln können. Um genaue Ergebnisse zu erhalten, müssen allerdings mindestens 200, besser 400 Spermien ausgezählt werden. Daher sind diese Systeme nur für leicht oligozoo- bis normozoosperme Proben sinnvoll.

CASA-Systeme können, anders als das menschliche Auge, das Maß der Hyperaktivierung, welche durch Kapazitation und eine Änderung der Wellenform des Flagellums (höhere Amplitude und ­verringerte Frequenz) erreicht wird [49, 50], bestimmen. Um die Resultate besser darzustellen, wurden entsprechende ­Algorithmen entwickelt; diese sind in der Lage, die genaue Quantifizierung von Kopfbewegungen zu verfolgen [51, 52].

Der Anteil an Spermien mit einer optimalen Kopfmorphologie („Zona-preferred“) und einer guten geradlinigen Geschwindigkeit („straight line velocity“, VSL [2]) ist signifikant mit der natürlichen Schwangerschaftsrate in einer großen Gruppe von subfertilen Paaren korreliert [53, 54].

Neue Technologien

Fortschritte bei der Bildverarbeitung und die verbesserten Rechnerleistungen werden die Effizienz und die Analysemethoden von Spermien zukünftig deutlich verbessern. So könnten z. B. Kinematikmessungen zur genaueren Klassifizierung von Spermiensubpopulationen helfen, das Verständnis und die Veränderung der Zellmotilität bei ihrem Weg bis zur Eizelle zu verstehen [52]. Auch Smartphone-basierte Geräte könnten in die Evaluierung einbezogen werden. Allerdings wird eine App niemals den Gang zum Andrologen ersetzen, sie könnte aber zum Erkennen einer Einschränkung der Spermien durchaus Verwendung finden, um so schon frühzeitig einen Beratungstermin beim Spezialisten einzuholen.

Da die Ergebnisgenauigkeit der Apps leider nur einen groben Anhalt bietet, können diese Tests leider auch dazu führen, dass sich die Männer in einer „falschen Sicherheit“ wiegen. Weitere Entwicklungen werden die Anwendung in Zukunft sicherlich verbessern.

Nicht spezifisch erwähnt werden neue Möglichkeiten der Spermienselektion anhand physiologischer Mechanismen zum Aufspüren der Eizelle: die Rheotaxis, das Schwimmen gegen die Flussrichtung, die Thermotaxis, eine Bewegung entlang eines Temperaturgradienten, und die Chemotaxis, Bewegungen, ausgelöst durch einen biochemischen Gra­dienten um die Eizelle. Eine Selektion kann auch in Submillimeter großen Kammern mittels Mikrofluidik erfolgen [55]. Hier sind die Daten jedoch noch nicht ausreichend, um diese Methoden in die Routine einzuführen, bzw. zeigen keine Unterschiede in der Aufbereitung im Vergleich zu den klassischen Verfahren.

WHO-Manual – Kapitel „Spermienaufbereitung“

Interessanterweise erwähnt das neue WHO-Manual neben den klassischen Methoden, wie dem einfachen Waschen, dem Swim-Up oder dem Dichtegradienten, auch die Selektion durch MACS („magnetic activating cell sorting“), obwohl eine systematische Cochrane-Analyse [56, 57] zwischen der Aufbereitung mittels MACS, einer Hyaluronsäure- (HA-) Bindungs-Selektion zur sogenannten HA-ICSI oder anderen Verfahren keine Unterschiede in Bezug auf klinische oder Lebendgeburten festgestellt hat.

Weitere Aufbereitungsmethoden, wie z. B. die Zeta-Selektion [58] oder die schon oben genannte HA-Selektion [59] bzw. die Anwendung von Mikrofludikkammern [60], werden auch nicht erwähnt, vermutlich aus der Überlegung heraus, dass hier die derzeitige Datenlage nicht eindeutig ist und im Moment eher nicht darauf hinweist, dass diese Methoden ­einen Vorteil bringen, oder den klassischen Verfahren überlegen sein könnten.

Keine Erwähnung mehr finden die diversen Spermien-Mukus-Interaktionstests, da diese nicht mehr in der klinischen Routine verwendet werden [2].

Relevanz für die Praxis

Eine weitergehende Analyse von Spermien, über ihre Motilität, Morphologie oder Konzentration hinaus, ist ein sinnvoller und auch zusätzlicher Aspekt, der in die Überlegungen vor einer medizinisch assistierten Reproduktion (MAR) mit einbezogen werden muss. Trotzdem muss man auch kritisch abwägen, ob, und vor allem welche Untersuchungen im individuellen Fall sinnvoll oder angemessen ist. Wichtig ist, dass jeder Assay gut validiert sein muss. Dies ist bei den meisten Tests (auch den im WHO-Handbuch aufgeführten) noch nicht der Fall, und somit ist die klinische Relevanz oder Evidenz nicht bei allen Untersuchungen gegeben.

Ein Nachteil aller Spermienfunktionstest ist in jedem Fall, dass sie nicht die ­Gesamtheit der In-vivo-Situation, aber eben auch nicht der In-vitro-Situation, abbilden können. Sie erfassen meist nur isolierte Schritte oder sind häufig auch zu kosten- oder zeitintensiv. Daher wird sich zukünftig sicherlich zeigen, welche ­Methoden für welche Patientengruppe sinnvoll in die Routine übernommen werden können.

Interessenkonflikt

VN und SK geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht.

Für diesen Beitrag wurden von den Autoren keine Studien an Menschen oder Tieren durchgeführt. Für die aufgeführten Studien gelten die jeweils dort angegebenen ethischen Richtlinien.

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Tabelle 1: Auswahl von Spermienfunktionstests. Adaptiert und modifiziert nach [19].

Spermieneigenschaften/ -funktion

Testverfahren (Beispiele)

  • Eosin-Test (Spermien-Vitalität)
  • Hypoosmotischer Schwell- (HOS-) Test (Membran-­Integrität des Flagellums vitaler Spermien)
  • Spermienflexibilitätstest („sperm tail flexibility test“, STFT)
  • Laser-gestützte Aktivierung
  • Hyaluronbindung
  • Anilinblau-, Chromomycin-A3-Färbung
  • Protamin-mRNA-Expression (Ratio Protamin 1/
    Protamin 2)
  • TUNEL1-Assay; COMET2-Assay
  • Acridin-Orange-basierte Flowcytometrie (z. B. Sperm chromatin structure assay [SCSA™])
  • Sperm-Chromatin-Dispersion-Test (SCD); Halo-Test3
  • Raman-Mikrosprektroskopie
  • Chemilumineszenz
  • Fluoreszenz-Mikroskopie (intrinsische ROS-Produktion; Oxidation von Dihydroethidin)
  • Oxidations-Reduktions-Potential (ORP) im Ejakulat
  • Triple-Staining oder FITC-markiertes Pisum sativum-Agglutinin
  • ARIC-Test (Acrosome Reaction following Ionophore Challenge mittels Ca2+-Ionophor A23187)
  • Polarisationsmikroskopie
  • Nachweis der Funktionalität von Ionenkanälen, wie z. B. CatSper Ca2+-Kanal, Slo3-K+-Kanal etc.
  • Aktivität der CatSper-Ca2+-Ionenkanäle im Spermienflagellum (CatSper-Test4)

1Terminal deoxynucleotidyl transferase-mediated dUDP nick-end labelling

2Elektrophoretische Auftrennung von Einzelzellen (Spermien), DNA-Fragmente bilden „Schweif“

3Spermien mit intakter DNA bilden nach Säuredenaturierung und Lyse-„Halo“ in Agarose

4C. Schiffer et al., Patent angemeldet (https://patentscope.wipo.int/search/en/detail.jsf?docId=
WO2020193446
)


 
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