Welches sind die Ernährungsbedürfnisse von Embryonen vor ihrem Transfer zur Mutter?

Bei den Prozessen der In-vitro-Fertilisation müssen sich die menschlichen Embryonen während der ersten Lebenstage außerhalb der Mutter in speziellen Brutkästen entwickeln. Die Temperaturverhältnisse und der pH-Wert müssen optimal sein, und außerdem müssen den Embryonen alle für ihre Ernährung notwendigen Nährstoffmischungen zur Verfügung stehen, um alle ihre Energiebedürfnisse zu erfüllen. Hierfür werden Nährböden verwendet.

Die ersten Nährböden wurden Mitte des vergangenen Jahrhunderts experimentell bei Embryonen von Ratten angewandt. Es handelte sich um einfache wässrige Medien, die chemisch definiert wurden, und daher in jedem Labor reproduziert und hergestellt werden konnten. Erst 1984 entwarf Yves Menezo ein spezifisches Medium für menschliche Embryonen, das Medium B2, dessen Besonderheit darin lag, dass es mit Aminosäuren ergänzt wurde, die aus Serumalbumin stammten. Eine Vielzahl von Studien an Versuchstieren endeten 1997 mit der Entwicklung von spezifischen oder sequenziellen Medien, die Pyruvate und Glucose als Energiequellen enthielten, und die die Entwicklung der Embryonen bis zur Phase der Blastozyste (fünfter/sechster Tag der embryonalen Entwicklung) erlaubten.

Wie entwirft man einen Nährboden?

Neben Wasser (60% der Zusammensetzung) muss man in erster Linie eine festgelegte Anzahl von Verbindungen auswählen, im Wesentlichen Komponenten, die alle Körperflüssigkeiten gemeinsam haben. Einige sind spezifisch für die Flüssigkeit des Eileiters und der Gebärmutter, und andere sind chemische Verbindungen, die nicht natürlich vorkommen. Zweitens muss die spezifische Konzentration jedes einzelnen von ihnen festgelegt werden. Derzeit werden die Nährböden als Komplexe definiert, denn sie setzen sich aus mehr als 12 Komponenten zusammen, auch wenn die Grundlage von allen wohl bekannte Standard-Salzlösungen sind, wie die ausgewogene Earle-Lösung oder die Krebs-Ringer-Bicarbonat-Lösung.

Neben den Pyruvaten und der Glucose als Energiequellen war die Einführung von (essentiellen und nicht essentiellen) Aminosäuren entscheidend für das Wohlbefinden und die optimale Entwicklung der Embryonen. Dies dank der vielfachen Funktionen, die die Aminosäuren im Nährboden aufweisen: sie sind Energiequelle, biosynthetische Vorläufer, intrazelluläre pH-Puffer und Chelatbildner für Schwermetalle.

Obwohl mit den oben bezeichneten Komponenten die Ernährungsbedürfnisse der menschlichen Embryonen abgedeckt wurden, ist auch die Zugabe von Vitaminen wie C, E, B2, B5 oder B6 üblich, und zwar aufgrund ihrer Wirkung als Antioxidantien, womit sie die Produktion von freien Radikalen verhindern und/oder verringern. Schließlich ist die Verwendung von Antibiotika wie Gentamicin oder Streptomycin wichtig, die in die Zusammensetzung jedes Nährbodens aufgenommen werden, um die Entstehung von Schadstoffen zu verhindern.

Die Nährböden müssen während ihres Herstellungsprozesses umfangreiche Qualitätskontrollen durchlaufen, und die Tests mit Endotoxinen, die Osmolaritätsmessungen, die Vorversuche mit Mäuseembryonen (mouse embryo assay, MEA) sowie das Schlusszertifikat zur Sterilität sind obligatorisch. Außerdem ist die Konservierung zwischen 2 und 8ºC und die Erhaltung der Kühlkette bis zum Zeitpunkt ihrer Verwendung wesentlich, um deren Eigenschaften zu gewährleisten.

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Dr. Jorge Ten, Leiter der Abteilung Reproduktionsbiologie am Instituto Bernabeu