Morphologische Spermien-Detailanalyse
Die Spermienmorphologie ist einer der Parameter, die in einem Spermiogramm untersucht werden. Unter der Spermienmorphologie versteht man das Aussehen und die Form der Spermien, so wie sie unter dem Mikroskop zu sehen sind. Größe und Struktur Aussehen der Spermien variieren stark. Nicht wenige Spermien weisen eine abnormale Morphologie auf. Abnormalitäten an den Spermien können dabei den Kopfteil, das Mittelstück oder den Schwanz (Geißel) betreffen.
Der Kopf des Spermatozoons sollte oval und glatt sein. Er enthält das Erbgut (DNA), das die Hälfte des neu entstehenden Menschen ausmachen wird. Das Akrosom ein enzymhaltiges Bläschen, umfasst ca. 40-70% des vorderen Kopfteils. Es enthält eine Vielzahl proteolytischer Enzyme, die das Eindringen des Spermiums in die Eizelle ermöglichen.
Das Mittelstück der Samenzelle liegt zwischen Kopf und Geißel und sollte etwas breiter als der Schwanzansatz sein. Das Mittelstück beherbergt die Mitochondrien (Kraftwerke der Zellen), die für die Energieerzeugung zur Fortbewegung verantwortlich sind.
Die Geißel (Spermienschwanz) besteht aus einem längsverlaufendem Fibrillensystem, den Mikrotubuli. Die Geißel dient der Fortbewegung der Spermien zur Eizelle und erwirkt mit kräftigen Schwanzschlägen das Durchdringen des Samens durch die äußere Hülle der Eizelle.
Die WHO hat Referenzwerte für normal geformte Spermien festgelegt. Dabei sollten mindestens 4% aller Spermien in einem Ejakulat eine normale Form aufweisen. Liegen bei einem Spermiogramm mehr als 96% der Spermien als abnormale Formen vor spricht man von einer Teratozoospermie. Eine Teratozoospemie gilt als eine der Ursachen für Fruchtbarkeitsstörungen. Meist bestehen neben einer Teratozoospermie auch noch weiteren Einschränkungen der Samenparamenter, wie etwa eine reduzierte Beweglichkeit (Asthenozoospermie) oder eine verringerte Anzahl an Spermien (Oligozoospermie). Es ist nachgewiesen, dass Spermien mit normaler Morphologie eine bessere Beweglichkeit aufweisen, erfolgreicher bei der Befruchtung der Eizelle sind, und auch einen entscheidenden Einfluss auf die Embryonalentwicklung haben.
Die Ursachen für eine erhöhte Anzahl morphologischer Veränderungen an den Spermien sind nicht eindeutig geklärt. Je nach Art der Malformation sind unterschiedliche Faktoren in Betracht zu ziehen, wie zum Beispiel genetische Störungen, Entzündungen, chronische Erkrankungen, toxische Substanzen, hormonelle Störungen oder oxidativer Stress.
Im IVF-Labor wird (im Rahmen einer ICSI oder IMSI) prinzipiell versucht, für die Befruchtung möglichst normal geformte Spermien zur Injektion in die Eizelle zu verwenden. Je höher die Auflösung bei der mikroskopischen Betrachtung, desto besser kann man das Aussehen der Spermien beurteilt werden. Bei einer herkömmlichen ICSI werden die Spermien unter einer 200-400x Vergrößerung im Mikroskop ausgewählt. Durch die Einführung von Hochleistungsmikroskopen können Spermien mittlerweile in einer Vergrößerung von 600 -12000x und mit Hilfe von speziellen Kontrastverfahren betrachtet und selektiert werden. Dabei werden morphologische Veränderungen an den Spermien erfasst, die unter einem normalen Mikroskop nicht erkennbar wären. Bei der intrazytoplasmatisch morphologisch selektierten Spermieninjektion, kurz IMSI, werden hochauflösenden Mikroskope verwendet. Somit stellt diese Methode eine Art Weiterentwicklung der ICSI dar. Ziel der IMSI-Technik ist es, dass besonders gute Spermien für die Befruchtung verwendet werden und damit die Chancen auf eine Schwangerschaft und Geburt eines gesunden Kindes steigen.
Zahlreiche Untersuchungen zeigen, dass kraterähnliche Strukturen, sogenannte Vakuolen, im Spermienkopf mit einer fehlerhaften Chromatinkondensation, mit vermehrten DNA-Strangbrüchen und möglicherweise auch epigenetischen Veränderungsmustern (DNA-Methylierung) korreliert. Inwieweit diese Störungen Auswirkungen auf die Befruchtung der Eizelle, die Embryonalentwicklung und unter Umständen auch auf die Gesundheit des Kindes haben wird derzeit noch kontrovers diskutiert. Einige neuere Studien geben aber Hinweise darauf, dass die Anwendung der IMSI gegenüber der ICSI mit einer geringeren Rate an angeborenen Fehlbildungen beim Nachwuchs einhergeht (Cassuto et al., 2014; Hershko-Klement et al.,2016, Gaspard et al., 2018)
| Spermatozoen SPZ Klasse 1 | ||
|---|---|---|
| NF | normale Form, ohne Vakuolen |
|
| NFSV <4% | normale Form, eine kleine Vakuole <4% |
|
| Spermatozoen SPZ Klasse 2 | ||
| NFLV | normale Form, eine große Vakuole |
|
| NFSV | normale Form, kleine Vakuolen |
|
| NFL/SV | normale Form, große und kleine Vakuolen |
|
| Spermatozoen SPZ Klasse 3 | ||
| AFL/SV | abnormale Form, große und kleine Vakuolen |
|
| AFLV | abnormale Form, eine große Vakuole |
|
| AF | abnormale Form, ohne Vakuolen |
|
Tabelle: Die IMSI basiert auf einer Echtzeitanalyse der Spermien mit einem hochauflösenden Mikroskop. Damit lassen sich die Oberflächenstrukturen der Spermien deutlich darstellen und z.B. abnormale Formen, kraterähnliche Vertiefungen oder Zelleinschlüsse (sogenannte Vakuolen bzw. Vakuolen-ähnliche Strukturen) erkennen. Die Klassifizierung der Spermien erfolgt durch ein von Next Fertility IVF Prof. Zech Bregenz entwickeltes und über viele Jahre in der Praxis angewandtes Klassifzierungssystem.│ © Next Fertility IVF Prof. Zech Bregenz
| Studie | DNA-Fragmentierungs-Index | Chromatin-Kondensation | abnormaler Karyotyp | Acrosomen-Morphologie | DNA-Metylierung | Mitochondriales Membran-Potential | abnormale Protamination |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Studie | DFI | CK | abn.K | Acr.M. | DNA-Met. | MMP | abn.P |
| Jiang & Huang, 2024 |  |
 |
|||||
| Ghasemian et al, 2022 | |
|
|||||
| Pastuszek et al., 2017 | |
||||||
| Cassuto et al., 2016 | |
||||||
| Garolla et al., 2015 | |
||||||
| Utsono et al., 2014 | |
||||||
| Cassuto et al., 2012 |  |
|
|
||||
| Franco et al., 2012 | |
||||||
| Almeida et al., 2011 | |
||||||
| Watanabe et al., 2011 | |
|
|||||
| Perdrix et al., 2011 | |
|
|
|
|||
| Boitrelle et al., 2011 | |
|
|
||||
| Wilding et al., 2011 | |
||||||
| Oliveira et al., 2011 | |
||||||
| Garolla et al., 2008 | |
|
|
|
|||
| Franco et. al. 2008 | |
Tabelle: IMSI-Studien mit Erstautor und Veröffentlichungsdatum. Diese belegen, dass eine Vakuolisierung der Spermien sich negativ auf die Zellphysiologie auswirkt. In den Spalten rechts sind die in den Studien jeweils analysierten Parameter ersichtlich. Pfeile nach oben oder unten zeigen Veränderungen der Parameter bei Spermien, die Vakuolen aufweisen, im Vergleich zu Spermien ohne Vakuolisierung. Ein Pfeil nach oben deutet eine Erhöhung der jeweiligen Parameter an. Ein erhöhter DFI-Wert etwa bedeutet vermehrte Strangbrüche in der DNA. Der Pfeil nach unten z.B. bei Chromatin-Kondensation bedeutet, dass das Chromatin vermehrt aufgelockert ist. Bei der Spermatogenese ist eine optimal verpackte und geschützte Spermien-DNA essenziell. Im IVF-Labor versuchen wir, dass nur jene Spermien für die Befruchtung ausgewählt werden, die möglichst eine Normalform aufweisen und darüber hinaus frei von Vakuolen sind.
