Auswirkung einer Reduzierung der Sauerstoffkonzentration von 5 % auf 2 % auf das ICSI-Ergebnis

Der Sauerstoffgehalt spielt eine entscheidende Rolle bei der Reduzierung des hohen Gehalts an schädlichen reaktiven Sauerstoffspezies in den Zellen, beeinflusst die embryonale Genexpression, hilft beim Glukosestoffwechsel des Embryos und fördert die Embryonalentwicklung vom 2PN- bis zum Blastozystenstadium. Die Sauerstoffkonzentration im Inkubator ist an wichtiger Faktor für die In-vitro-Umgebung, der ein Embryo ausgesetzt ist. Der Präimplantationsembryo verbraucht von der Einzelzelle bis zum Morula-Stadium relativ konstant Sauerstoff, während im Blastozysten-Stadium der Verbrauch deutlich erhöht ist. Sauerstoff spielt bei der Energieerzeugung eine Rolle, kann jedoch in zu hohen Konzentrationen durch die Bildung reaktiver Sauerstoffspezies eine toxische Wirkung haben. Während der In-vivo-Sauerstoffgehalt in den Eileitern und im Uterus mehrerer Arten zwischen 1,5 und 8,7 % liegt, wurde in den meisten Labors die In-vitro-Kultur menschlicher Embryonen traditionell bei atmosphärischen Sauerstoffkonzentrationen (~20 %) durchgeführt. Bei Säugetieren ist die Sauerstoffspannung (O2) in der Gebärmutter niedriger (2 %) als im Eileiter (5–7 %). Dies passt zu einer Verschiebung der Stoffwechselstrategie des Embryos nach der Verdichtung und könnte Auswirkungen auf die EC bei der klinischen IVF haben. Tatsächlich waren in einer kürzlich durchgeführten Studie, bei der entsorgte menschliche Embryonen verwendet wurden, die Blastulationsraten bei Kultivierung bei 2 % höher als bei 5 % nach Tag 3. Allerdings ist es äußerst schwierig, die unzähligen Faktoren zu kontrollieren, die die Blastulation beeinflussen, wenn weggeworfenes Material verwendet wird. Die in den Anfängen der IVF verfügbaren Technologien und höchstwahrscheinlich auch aus finanziellen Gründen führten zur weit verbreiteten Einführung von Inkubatoren, die atmosphärische Luft (d. h. 20 % Sauerstoff). Um die Wende des letzten Jahrhunderts entstanden fortschrittlichere Inkubatoren, die in der Lage waren, eine Umgebung mit 5 % Sauerstoff zu schaffen, die der natürlichen Umgebung besser ähnelt

Umgebung für Eizellen und Embryonen entwickelt. Derzeit werden in etwa 60 % der weltweit durchgeführten IVF-Zyklen die Embryonen unter 5 % Sauerstoff kultiviert. Kaser et al. ergänzen die lange Geschichte experimenteller Daten zur Bewertung unterschiedlicher Sauerstoffwerte in Embryonenkulturen. Sie bewerteten die Auswirkungen eines sequentiellen Sauerstoffspannungssystems (5 % Sauerstoff von Tag 1 bis Tag 3; 2 % Sauerstoff von Tag 3 bis Tag 5) in einer erweiterten Kultur. Die Auswirkung des Sauerstoffgehalts während der Embryonenkultur auf die Schwangerschafts- und Lebendgeburtenrate ist weniger eindeutig. Obwohl in den meisten Studien eine Verbesserung der Embryonenqualität festgestellt wurde, wenn Embryonen unter 5 % Sauerstoff kultiviert wurden. Diese Diskrepanz lässt sich teilweise durch mangelnde Aussagekraft aufgrund kleiner Stichprobengrößen in einigen Studien erklären. Wenn Daten in Metaanalysen zusammengefasst werden, begünstigt der Gesamteffekt eine Kultur unter 5 % Sauerstoff. Eine weitere Erklärung für die inkonsistenten Ergebnisse zwischen den Studien könnte in der unterschiedlichen Expositionsdauer bis zur Spaltung oder im Blastozystenstadium liegen. Wenn die Daten in den Metaanalysen nach der Kulturdauer geschichtet wurden, gab es nach 2–3 Tagen Kultur keinen Einfluss von Sauerstoff auf die Schwangerschaft oder die Lebendgeburtenrate. Nach der Kultivierung bis zum Blastozystenstadium führte eine Kultur unter 5 % Sauerstoff jedoch zu einer verbesserten weiteren Schwangerschaft. In früheren Studien wurde berichtet, dass eine Kultur unter 5 % O2 dazu führt, dass deutlich mehr menschliche überzählige Embryonen das Blastozystenstadium erreichen, sowie einen höheren Anteil an Blastozysten, die aus einer normalen Anzahl von Zellen bestehen.

Beim Menschen gibt es indirekte Hinweise darauf, dass eine niedrige O2-Spannung von 5 % die Blastulationsrate überzähliger Embryonen zu erhöhen scheint.

Eine Verringerung der Sauerstoffspannung vom atmosphärischen auf ein physiologischeres Niveau ist für die Blastozyste von Säugetieren von Vorteil, da sie eine höhere Zellzahl und eine geringere Apoptose, weniger DNA-Fragmentierung und weniger oxidativen Stress zur Folge hat. Während dieser metabolisch hochaktiven Wachstumsphase des Embryos und der Differenzierung in Trophektoderm (TE) und innere Zellmasse (ICM) kann dieser Sauerstoffabfall vor oxidativem Stress schützen.