Vitrifikation: Was macht diese Technik so sicher?

Das ultraschnelle Einfrieren von Ei- und Samenzellen gehört heutzutage zu den Standardleistungen bei IVI. Es ist ein häufig angewandter Prozess, der es erlaubt, den Kinderwunsch aus den unterschiedlichsten Gründen nach hinten zu verschieben und dabei die Fruchtbarkeit zu erhalten.

Arancha Galán, die stellvertretende Leiterin des IVF-Labors von IVI Valencia erklärt, warum die Körperzellen in der Kälte keinen Schaden nehmen.

Was macht die Vitrifikation zu einem so effizienten und sicheren Verfahren?

Arancha Galán: Proben mittels Vitrifikation zu kryokonservieren, bedeutet ein ultraschnelles Einfrieren, durch das ein „gläserner“ Zustand erreicht wird, bei dem die Bildung von Eiskristallen innerhalb der Zelle unterbunden wird. Von Vitrifikation spricht man, wenn eine hochkonzentrierte Lösung niedrigen Temperaturen ausgesetzt wird. Auf diese Weise erhöht sich die Zähflüssigkeit der Lösung, ihre Viskosität, so dass sie beim Übergang in den festen Aggregatzustand keine Kristalle bildet, sondern eine Struktur, die ähnliche physikalische Eigenschaften wie Glas besitzt. Von lateinisch vitrum für Glas rührt auch der Name des Verfahrens. Es sind die Eiskristalle, die den Zellen irreparablen Schaden zufügen. Lässt ihre Bildung sich vermeiden, wird die Gesamtheit der Zellmembranen geschützt und damit ihr Überleben gesichert. Das Fehlen von Eis im Inneren oder am Äußeren der Zelle ist eine sehr vorteilhafte Eigenschaft der Vitrifikation, denn ein Kristallisationsprozess geht mit der Lebensfähigkeit der Zellen nicht einher.

Dieses Verfahren stellt sicher, dass 80% der eingefrorenen Eizellen auch das Auftauen überleben und keinerlei Veränderung gegenüber frischen Oozyten aufweisen. Was passiert mit den übrigen 20%?

Die Eizellen sind die größten Zellen des menschlichen Organismus. Diese Größe sowie ihr kugelförmiges Aussehen bewirken gelegentlich (besonders dann, wenn die Durchlässigkeit ihrer Zellmembran beeinträchtigt ist), dass das Gefrierschutzmittel innerhalb der Zelle ungleichmäßig verteilt wird und die Eizelle dabei nicht unversehrt bleibt. Außerdem handelt es sich bei der Oozyte um eine einzige Zelle und nicht um ein Gewebe, sie kann also auch nicht nur „teilweise“ lebensfähig sein. Das heißt, eine Eizelle überlebt zu 100% oder sie überlebt nicht. Die Möglichkeiten, sich von einer Beschädigung zu erholen, sind bei einer einzigen Zelle völlig andere als bei einem Gewebe, das aus Millionen von Zellen besteht und bei dem ein geschädigter Teil durch andere ausgeglichen werden kann.

Gibt es für die Eizelle Risiken, die sich aus dem Einfrier- oder Auftauverfahren sowie der Nutzung von Gefrierschutzmittel ergeben? Könnte es beispielsweise zu einer Art Gefrierbrand kommen, so wie es bei Lebensmitteln im Tiefkühlfach passieren kann, wenn sie nicht angemessen verpackt sind oder zu lange gelagert werden?

Das Hauptrisiko bei der Vitrifikation ist eine zeitliche Unausgewogenheit der Zellen im Gefrierschutzmittel. Sind die Gameten dem Mittel zu kurz ausgesetzt, lässt sich möglicherweise nicht die Gesamtheit des Wassers innerhalb der Zellen eliminieren, so dass sich Eiskristalle bilden können, die die Zellen zerstören. Sind die Zellen dem Gefrierschutzmittel zu lang ausgesetzt, könnten die Eizellen Vergiftungserscheinungen erleiden, was bei der späteren Nutzung der Oozyten zur Folge haben kann, dass sie sich nicht befruchten lassen oder die Zellteilung nicht normal erfolgt. Deswegen ist es von großer Wichtigkeit, dass der Prozess akribisch verfolgt und von hochqualifiziertem Personal durchgeführt wird.

Wie stellt man sicher, dass keine Bakterien in das Röhrchen mit den Eizellen gelangen?

Abgesehen von der geringen Wahrscheinlichkeit, dass Bakterien in flüssigem Stickstoff leben und wachsen können, nutzen wir bei IVI Keramikfilter, die speziell zu dem Zweck hergestellt wurden, jegliche Unreinheiten des Flüssigstickstoffs, den wir zum Einfrieren von Gameten und Embryonen verwenden, zu beseitigen. Zusätzlich werden bei IVI die Proben dann in Stickstoffdampf gelagert, dadurch wird die gegenseitige Verschmutzung der Proben noch unwahrscheinlicher. Das liegt daran, dass die Dichte von Schadstoffen in der Umgebung gasförmigen Stickstoffs noch geringer ist als in Flüssigstickstoff. Das Risiko einer Verschmutzung wird dadurch praktisch ausgeschlossen.

Welche Eigenschaften als Konservierungsmittel besitzt Stickstoff? Was macht ihn so geeignet?

Stickstoff ist ein unbewegliches Gas. Die Temperatur selbst, in der es in den flüssigen Aggregatzustand übergeht (- 196º C), bewirkt, dass physiologische Erscheinungen zum Stillstand kommen. Bei diesen tiefen Temperaturen stoppt jegliche biologische Aktivität, dazu gehören auch biochemische Reaktionen, die den Tod einer Zelle bewirken könnten.

Wie lange lassen sich Oozyten vitrifizieren? Gibt es eine maximale Anzahl von Jahren, nach denen sie ihre Potential, befruchtet zu werden, verlieren?

Es gibt keine Hinweise in der wissenschaftlichen Literatur, die auf ein “Verfallsdatum” kryokonservierter Proben schließen lassen, das gilt sowohl für das langsame als auch für das ultraschnelle Einfrieren. Bei IVI vitrifizieren wir die weiblichen Gameten seit 2007. Bislang haben wir keinerlei Unterschiede in der Überlebensrate, der Entwicklung des Embryos oder der Schwangerschaft in Abhängigkeit vom Datum, an dem die Eizellen eingefroren wurden, festgestellt.