Messung freier Radikale in menschlichen Samenzellen im Zusammenhang mit Mikrobiota und Lifestyle-Faktoren (SIRIUS)

Bis heute haben 15 % der Paare Probleme mit der Fruchtbarkeit und in 40-50 % der Fälle wird angenommen, dass dies auf Fruchtbarkeitsprobleme bei Männern zurückzuführen ist. Reaktive Sauerstoffspezies (ROS) und insbesondere freie Radikale (die reaktivsten) spielen eine Schlüsselrolle bei der Kapazität und Befruchtung der Spermien. Es wird auch angenommen, dass sie einen wesentlichen Beitrag zur männlichen Unfruchtbarkeit leisten. Die Theorie der freien Radikale der Unfruchtbarkeit besagt, dass Schäden durch freie Radikale die Hauptursache für Unfruchtbarkeit bei Männern sind. Aufgrund ihrer kurzen Lebensdauer und hohen Reaktivität sind sie jedoch schwer zu messen.

Trotz der Bedeutung freier Radikale werden sie weder als diagnostische Biomarker noch als Angriffspunkt für Therapeutika verwendet, da aufgrund der Unzulänglichkeit der derzeit verfügbaren Techniken derzeit nicht genau bekannt ist, wo und wann die freien Radikale erzeugt werden. Daher wird eine neue Technik namens Diamantmagnetometrie eingesetzt, die Magnetresonanzmessungen im Nanomaßstab ermöglicht. Diese Quantensensortechnik ist einzigartig empfindlich und ermöglicht Einzelzellmessungen in Echtzeit mit subzellulärer Auflösung. Im Gegensatz zu den meisten anderen Techniken ist diese Methode spezifisch für freie Radikale. Ein erstes Proof-of-Principle-Experiment wurde in Hefezellen veröffentlicht, und wir haben vorläufige Daten, die belegen, dass wir die Bildung freier Radikale in Ebersperma messen können. Die Konzentration freier Radikale wird mit Standard-Spermaparametern gemäß den WHO-Richtlinien, Lebensstilfaktoren und Nahrungsaufnahme in Beziehung gesetzt und mit der Mikrobiota im Spermaplasma in Beziehung gesetzt, um mögliche Korrelationen zu untersuchen. Es wurde vermutet, dass Mikrobiota eine Rolle im Zusammenhang mit der Fortpflanzung spielen. Während mehrere Studien durchgeführt wurden, die sich auf das weibliche Fortpflanzungssystem konzentrierten, ist weniger über die männliche Mikrobiota und ihren Einfluss auf die Fruchtbarkeit bekannt. In der Vergangenheit wurde angenommen, dass das Vorhandensein von Bakterien im Sperma ein Indikator für eine Infektion sei. Der genetisch basierte Ansatz der nächsten Generation hat gezeigt, dass der menschliche Samen nicht steril ist und eine spezifische Mikrobiota zu beherbergen scheint. Veränderungen der Diversität der Samenmikrobiota oder der Häufigkeit spezifischer Bakterien wurden mit einer veränderten Morphologie und Beweglichkeit von Spermien in Verbindung gebracht. Dennoch sind die molekularen Prozesse, durch die Bakterien die Samenqualität verändern können, unbekannt. Mögliche Mechanismen können die Schädigung oder Veränderung anderer Moleküle durch freie Radikale beinhalten (z. Lipidperoxidation, DNA-Fragmentierung), was zu einem Verlust der Befruchtungsfähigkeit führen kann. Daher wird die Hypothese aufgestellt, dass die Bildung freier Radikale mit der Diversität der Mikrobiota korreliert und mit den in den WHO-Richtlinien definierten Samenparametern in Verbindung gebracht werden kann.

Das Hauptziel dieser Studie ist die Messung freier Radikale in Echtzeit in einzelnen menschlichen Spermien mittels Diamant-Magnetometrie. Dies wird mit der Zusammensetzung der Samenmikrobiota korreliert, um den Einfluss der Zusammensetzung auf die Bildung freier Radikale und damit einen möglichen Mechanismus von Mikroorganismen zur Veränderung der Samenqualität zu untersuchen. Die Konzentration freier Radikale wird auch mit anderen oxidativen Stressparametern im Serum in Beziehung gesetzt, um lokalen und systemischen oxidativen Stress zu vergleichen. Schließlich wird die Konzentration freier Radikale auch mit den Samenanalyseparametern (WHO-Richtlinien), Lebensstilfaktoren und der Nahrungsaufnahme korreliert, um eine Rolle des Lebensstils bei der Bildung freier Radikale und der Samenqualität zu erkennen.

Die wichtigsten Studienparameter sind die Konzentration freier Radikale in Spermien und Serum, korreliert mit der Mikrobiota im Samenplasma und bezogen auf Standard-Spermaparameter (WHO), Malondialdehyd (MDA) und freie Thiolkonzentration im Blutserum, Lebensstilfaktoren und Nahrungsaufnahme .

Die Patienten werden bei der Aufnahme im Zentrum für Reproduktionsmedizin über die Studie informiert. Nach Einverständniserklärung müssen die Patienten Samen für die Bewertung im Rahmen der standardmäßigen Samenanalyse produzieren. Eine Probe dieses Ejakulats wird für die SIRIUS-Studie entnommen, um freie Radikale darin zu messen. Außerdem wird den Patienten am gleichen Tag wie die Samenanalyse Blut für die Radikalmessung im Serum entnommen.

Messungen freier Radikale werden unter Verwendung von Diamantmagnetometrie durchgeführt. Zuvor wurde die Diamantmagnetometrie erfolgreich zur Quantifizierung der Radikalbildung im Akrosom von Eberspermaköpfen eingesetzt. Dies ermöglichte die lokale Quantifizierung der Radikalbildung in Echtzeit während der Kapazitation. Diese Daten sind noch nicht veröffentlicht und werden im Labor von Dr. Romana Schirhagl produziert.

Die Zusammensetzung der Samenplasma-Mikrobiota wird unter Verwendung von quantitativer Polymerase-Kettenreaktion (qPCR) und 16S-Ribonukleinsäure (rRNA)-Sequenzierungsmethoden unter Verwendung von QIAGEN Proben- und Assay-Technologien bewertet.

Die MDA-Konzentration im Serum wird mit dem Thiobarbitursäure-reaktiven Substanztest (TBARS) gemessen. Die freie Thiolkonzentration im Serum wird unter Verwendung der Ellman-Technik gemessen. Ein Fragebogen zu Lebensstilfaktoren wird im Rahmen der Standardversorgung für die Kinderwunschbehandlungspaare implementiert. Diese Ergebnisse und Antworten werden auch für SIRIUS verwendet.

Zur Angabe der Nahrungsaufnahme der Probanden wird ein Fragebogen zur Häufigkeit von Nahrungsmitteln (FFQ) der Universität Wageningen verwendet.