Polkörperdiagnostik (PKD) und Präimplantationsdiagnostik (PID)

Dr. rer. nat. Annett Wagner, Dr. med. Imma Rost

Wissenschaftlicher Hintergrund

Die Polkörperdiagnostik (PKD) wird vor Abschluss der Befruchtung der Eizelle durchgeführt. Bei der Präimplantationsdiagnostik (PID) hingegen werden embryonale Zellen nach Befruchtung, aber vor Einnistung (Implantation) in die Gebärmutterschleimhaut untersucht. Beide Verfahren werden im Rahmen einer künstlichen Befruchtung mittels intracytoplasmatischer Spermieninjektion (ICSI) durchgeführt.

Bei der Polkörperdiagnostik (PKD) werden die beiden Polkörper untersucht, mit denen die Eizelle nach dem Eisprung (erster Polkörper) bzw. nach dem Eindringen einer Samenzelle (zweiter Polkörper) bei der sog. Reife- oder Reduktionsteilung ihre ursprüngliche Chromosomenzahl von 46 (2 × 23) auf 23 (Chromatiden) reduziert. Dies ist erforderlich, da Ei- und Samenzelle ursprünglich 46 Chromosomen tragen, wie jede andere Körperzelle auch, die vor der Befruchtung jeweils auf den halben Chromosomensatz verringert werden muss, damit nach Verschmelzen der beiden Vorkerne von Eizelle und Samenzelle wieder der ursprüngliche doppelte Chromosomensatz für den sich entwickelnden Embryo vorliegt. Dabei erhält der Embryo die Hälfte seines Erbguts jeweils von Mutter und Vater. Die Untersuchung des Erbguts der Polkörper lässt Rückschlüsse auf das in der Eizelle verbliebende mütterliche Erbgut zu. Eine Beurteilung des väterlichen Erbguts ist mit dieser Untersuchung nicht möglich.

Da bei der PKD nur das mütterliche Erbgut erfasst wird, kann nur auf mütterliche Aberrationen untersucht werden. Dies sind z.B. balancierte Translokationen, d. h. ein Austausch von Chromosomenmaterial zwischen zwei Chromosomen, wobei es weder zu einem Zugewinn noch zu einem Verlust von Erbmaterial kommt. Eine balancierte Translokation kann unbalanciert weiter vererbt werden, d.h. dass es zu einem Zugewinn und/oder Verlust von Erbmaterial kommt. Chromosomenstörungen auf Grund von unbalancierten Translokationen gehen meistens mit angeborenen Fehlbildungen und Entwicklungsstörungen einher. Im Rahmen einer künstlichen Befruchtung können die Polkörper der jeweiligen Eizelle daraufhin untersucht werden, ob das Erbgut balanciert oder unbalanciert in den Polkörpern vorliegt. Eine Eizelle, deren Polkörper unbalanciert sind und damit auf einen unbalancierten Status in der Eizelle rückschließen lassen, würde der Mutter nicht übertragen werden. Auch Inversionen (Drehung von Chromosomenanteilen um 180° im gleichen Chromosom) können unbalanciert an die Nachkommen vererbt werden und daher eine Indikation für die PKD/PID darstellen.

Eine zweite Indikation für die PKD ist der Ausschluss einer chromosomalen Aneuploidie (Zugewinn bzw. Verlust ganzer Chromosomen). Aneuploidien entstehen bei den anfangs genannten Reifeteilungen der Eizellen (selten auch der Samenzellen). Da die mütterlichen Eizellen von der Geburt bis zum Eisprung in einer empfindlichen Phase der Zellteilung ruhen, kommt es vermutlich durch einen Alterungsprozess des Zellteilungsapparates mit zunehmendem mütterlichen Alter häufiger zu solchen Fehlverteilungen. Man schätzt, dass etwa 20 % der Eizellen von 20- bis 25-jährigen Frauen, aber 70 % der Eizellen von 35- bis 40-jährigen Frauen solche chromosomalen Fehlverteilungen aufweisen. Dem zufolge treten Trisomien mit zunehmendem mütterlichen Alter häufiger auf, weshalb man ab einem Alter von 35 Jahren eine vorgeburtliche Diagnostik anbietet.

Die häufigsten Aneuploidien sind die Verdreifachung der Chromosomen 13, 18 und 21, die zur Geburt eines Kindes mit Down-Syndrom (Trisomie 21), Edwards-Syndrom (Trisomie 18) bzw. Pätau-Syndrom (Trisomie13) führen können. Weitere häufige Trisomien (Chromosomen 15, 16 und 22) sind mit einem längeren Überleben des Embryos nicht vereinbar; man findet diese Trisomien häufiger, wenn nach einer Fehlgeburt eine Chromosomenanalyse durchgeführt wird. Neben diesen häufigen Trisomien werden in Eizellen auch andere Fehlverteilungen beobachtet. Demzufolge ergeben sich folgende Indikationen zur PKD mit einem erhöhten Risiko für eine chromosomale Imbalance:

  • mehrfache Fehlgeburten
  • vorausgegangene chromosomale Fehlverteilungen bei einer Fehlgeburt oder Polkörperdiagnostik
  • mehrere erfolglose ICSI/IVF-Zyklen mit Embryotransfers
  • bekannte Translokation/Inversion bei der Frau

Eine weitere Indikation für die PKD stellen schwerwiegende monogen vererbte Krankheiten dar, die über die Mutter übertragen werden. Dabei handelt es sich vor allem um X-chromosomal rezessiv vererbte Krankheiten, deren Gene auf dem X-Chromosom liegen, die also dem sog. geschlechtsgebundenen Erbgang folgen. Hier erkranken in der Regel Frauen, die die Genveränderung auf einem ihrer beiden X-Chromosomen tragen, nicht, während Männer bzw. Jungen, die ein X- und ein Y-Chromosom als Geschlechtschromosomen tragen, erkranken werden. Das Wiederholungsrisiko für Söhne einer Überträgerin einer X-chromosomalen Erkrankung liegt bei 50%.

Bei Erkrankungen, die autosomal-rezessiv vererbt werden, die also nur dann auftreten, wenn beide Eltern gesunde Anlageträger für diese Erkrankung sind, wird man eine PID bevorzugen, da hier sowohl die mütterliche als auch die väterliche Mutation erfasst werden können.

Die Trophoblastbiopsie als Grundlage der eigentlichen PID erfasst sog. pluripotente (=nicht mehr totipotente) Zellen der embryonalen Hülle und damit sowohl das mütterliche als auch das väterliche Erbgut. Indikationen für diese Untersuchung sind daher:

  • bekannte chromosomale Translokation des Partners
  • über den Vater übertragene monogene Erkrankungen
  • autosomal-rezessiv vererbte Erkrankungen

Bei der Indikationsstellung handelt es sich immer um Einzelfallentscheidungen.

Methoden

Die diagnostische Schwierigkeit bei PKD und PID liegt darin, dass für die Untersuchungen jeweils nur einzelne Zellen (Polkörper 1 und 2 bzw. Trophoblastzellen) zur Verfügung stehen. Das bedeutet auch, dass ein Untersuchungsergebnis nicht an einer zweiten Probe oder mehreren Zellen überprüft werden kann. Da die diagnostische Sicherheit in diesen Systemen trotz größtmöglicher Sorgfalt nicht bei 100% liegen kann, wird nach Durchführung einer PKD bzw. PID grundsätzlich eine Pränataldiagnostik durch Chorionzottenbiopsie oder Fruchtwasserpunktion zur Bestätigung des Resultats empfohlen, wenn eine Schwangerschaft eintritt.

Diese Technik basiert auf der Quantifizierung der Erbsubstanz (DNA) des Polkörpers oder von Trophoblastzellen nach Sequenzierung. Die Methode hat den Vorteil, dass in einem Untersuchungsgang der gesamte Chromosomensatz auf Imbalancen analysiert werden kann. Damit kann z. B. einerseits eine mütterliche Translokation im Polkörper darauf untersucht werden, ob die Translokation balanciert oder unbalanciert vorliegt, andererseits werden sämtliche anderen Chromosomen erfasst, so dass zusätzlich Aneuploidien der Eizelle ausgeschlossen werden können. Die Aussagekraft der NGS-Methode ist damit deutlich höher als die der klassischen FISH-Analyse. Auch bei väterlichen Translokationen kann die Methode in der PID eingesetzt werden. Ein Vorteil gegenüber der FISH-Diagnostik liegt auch darin, dass im Vorfeld der PKD/PID nicht aufwendige Eignungstests der spezifischen Sonden für die Translokationsdiagnostik durchgeführt werden müssen.

Für alle Einzelgenerkrankungen, bei denen Mutter oder Vater bzw. beide bei autosomal-rezessiver Vererbung, Anlageträger einer Mutation in einem bestimmten Gen sind, kommen molekulargenetische Untersuchungsverfahren zum Einsatz. Dabei muss immer ein für die Familie individuelles Untersuchungssystem etabliert werden. Dies besteht einerseits aus dem direkten Mutationsnachweis der bei den Eltern oder einem Elternteil bekannten Mutation, zum anderen aus einer Analyse von sogenannten Markern, d. h. charakteristischen, individuell unterschiedlichen Merkmalen in der Erbsubstanz in der Umgebung der bekannten Mutation(en). Durch Kombination dieser Nachweisverfahren erhöht sich die diagnostische Sicherheit in der PKD bzw. der PID.

Durchführung von PKD bzw. PID

Beide Verfahren setzen eine sehr enge Kooperation zwischen dem Kinderwunschzentrum und dem durchführenden humangenetischen Labor voraus und werden nur nach vorheriger Rücksprache bzw. die PID nur nach dem im PräimpG festgelegten Ablauf (s.u.) durchgeführt. Für beide Verfahren muss im Vorfeld eine genetische Beratung bzw. ein medizinisches Vorgespräch erfolgen, bei dem festgestellt wird, ob für die vorliegende Anlage bzw. Erkrankung eine PKD bzw. PID technisch möglich ist: in seltenen Fällen kann ein solches Untersuchungssystem nicht etabliert werden. Für monogene Erkrankungen muss ein individuelles Untersuchungssystem für jede Familie eingerichtet werden, was in der Regel mehrere Monate in Anspruch nimmt.

Das Präimplantationsgesetz (PräimpG) sieht neben dem medizinischen Vorgespräch für jedes Paar auch eine Aufklärung und Beratung zu den medizinischen, psychischen und sozialen Folgen vor und schließlich ein positives Votum einer interdisziplinär zusammengesetzten Ethikkommission, ohne das die Untersuchung nicht durchgeführt werden darf. Außerdem ist die Durchführung dieser Untersuchung nur in lizenzierten PID-Zentren erlaubt. Diese Bestimmungen gelten nicht für die PKD.

PKD und PID sind derzeit nicht Bestandteil der Regelversorgung; die Kosten müssen daher von den Paaren selbst getragen werden. Dies gilt nicht für die genetische Beratung im Vorfeld der Diagnostik; diese zählt zu den Regelleistungen der gesetzlichen Krankenkassen.

Literatur

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Polkörperdiagnostik - Präimplantationsdiagnostik

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PID-Zentrum Martinsried

Seit dem 30. Juni 2015 ist das MVZ Martinsried unter Leitung von Frau Dr. Imma Rost ein vom Bayerischen Staatsministerium zugelassenes Zentrum für Präimplantationsdiagnostik (PID). Weitere Informationen finden Sie auf der Seite PID-Zentrum Martinsried & PID in Deutschland.