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Vitrifikation ist seit der Entwicklung der intrazytoplasmatischen Spermieninjektion die einflussreichste assistierte Reproduktionstechnologie in der In-vitro-Fertilisationsindustrie (IVF). Heute werden Blastozysten kryokonserviert, ohne den Verlust an Lebensfähigkeit der Embryonen, der früher mit herkömmlichen Methoden des langsamen Einfrierens verbunden war1. Mit einem zuverlässigen Überleben der Embryonen nach der Erwärmung wandelt sich die Unfruchtbarkeitsindustrie zur bevorzugten Verwendung von kryokonservierten Embryotransferzyklen, die ähnliche oder höhere Schwangerschaftsergebnisse erzielen als der traditionelle Transfer frischer Embryonen. In Verbindung mit der Blastozystenbiopsie und dem genetischen Präimplantationsscreening (PGS) ist die Vitrifikation zu einem wichtigen klinischen Instrument geworden, um gesunde Lebendgeburtsergebnisse durch euploiden Einzelembryotransfer zu optimieren2,3.
Die Vitrifikation von murinen Embryonen wurde Mitte der 1980er Jahre entwickelt4,5 und bis 1990 an die Tierhaltung angepasst6. Basierend auf der Prämisse, dass Vitrifikationslösungen einen metastabilen glasartigen Zustand bilden, der frei von schädlicher Eiskristallbildung ist, hat sich gezeigt, dass die vollständige zelluläre Integrität von Embryonen effizienter erhalten bleibt. Interessanterweise wurde die vielversprechende Akzeptanz der Vitrifikation in der menschlichen Embryologie erst im 21. Jahrhundert realisiert. Frühe Publikationen, die die Verwendung der Vitrifikation förderten, fielen mit der Entwicklung einzigartiger "offener" Systemgeräte zusammen7,8,9. Die Einführung der Vitrifikation in die klinische Praxis verlief jedoch nur langsam, da sie zu einer Zeit erfolgte, in der auch Verbesserungen beim langsamen Einfrieren von Blastozysten zu verzeichnen waren. Das erfolgreiche konventionelle Einfrieren mit langsamer Rate wurde zusätzlich zur Vitrifikation mit Verbesserungen in den Embryokultursystemen sowie mit der Einbeziehung von Blastocoele-kollabierenden Ansätzen in Einklang gebracht, die sowohl das Gesamtüberleben des Trophektoderms als auch in der Folge die Implantation verbesserten10.
In den letzten zehn Jahren hat die Vitrifikationstechnologie die herkömmlichen Gefrierpraktiken rapide verdrängt. Dies war zu einem großen Teil auf die Entwicklung spezialisierter Vitrifikationsgeräte zurückzuführen. Einige dieser Geräte haben die allgemeine Sicherheit, Effizienz und Wirksamkeit der klinischen Vitrifikation beeinträchtigt, indem sie inhärente Konstruktionsfehler bei den in der IVF-Industrie verwendeten Geräten eingeführt haben11. In der Tat führen die Nuancen der verschiedenen Geräte zu erheblichen technischen Unterschieden zwischen den Programmen, die allgemein als "technische Signaturen" bezeichnet werden12. Daher können wissenschaftliche Zeitschriften wie das Journal of Visuald Experiments (JoVE) als wertvolle Ressource für die Demonstration technischer Details dienen, die dazu beitragen, Ergebnisvariationen zu reduzieren. Ein weiteres anhaltendes Problem besteht darin, dass einige Embryologen auch heute noch falsch informiert sind, basierend auf der Behauptung, dass "die ultraschnelle Abkühlung von Embryonen oder Eizellen in einem 'offenen Vitrifikationssystem' (d.h. direkter Kontakt des Embryos mit flüssigem Stickstoff (LN2)) eine Voraussetzung für die Optimierung der Erfolgsraten ist." Dieser Glaube ist eindeutig ungenau, basierend auf dem nachgewiesenen Erfolg aseptischer geschlossener Systeme13, 14,15.
Basierend auf den kryobiologischen Prinzipien der Vitrifikation hängt die Wirksamkeit der Vitrifikation stärker von den Erwärmungsraten als von den Kühlraten ab16,17,18. Unabhängig vom verwendeten Vitrifikationsgerät muss die Erwärmungsrate in der Regel die Abkühlgeschwindigkeit überschreiten, um hohe Überlebensraten zu gewährleisten. Hohe Erwärmungsraten minimieren die Möglichkeit von Eiswachstum (d.h. die Rekristallisation von kernhaltigen Verunreinigungen in Kryolösungen) während der Entglasungsphase der Erwärmung. Zugegeben, die Stabilität der Vitrifikationslösung (d. h. die Art und Konzentration der verwendeten Kryoprotektivien) kann einen verwirrenden Effekt haben, aber dies wird in einer separaten Veröffentlichung behandelt11. Unter Berücksichtigung der Probleme der Kühl-Erwärmungsrate wurde MicroSecure Vitrification (μS-VTF) im Jahr 2008 als kostengünstige, nicht-kommerzielle, FDA-konforme Methode entwickelt, die die Qualitätskontrollaspekte der Vitrifikation optimiert. Es war insofern einzigartig, als es eine manipulationssichere, verinnerlichte, zweifarbige Etikettierung bot. Darüber hinaus wurden durch das Laden und Lagern der Embryonen direkt in der sterilen Flexipette, die zum Pipettieren verwendet wird (d. h. ohne Pipettieren auf eine sekundäre Geräteoberfläche) und durch die Verwendung von Ionomerharz-Strohhalmen, die die Versiegelung mit einem automatisierten Versiegelungsgerät vollständig verschweißen, technische Variationen effektiv eliminiert.
Bei der Beurteilung der Vollständigkeit von Vitrifikationsgeräten für eine mögliche Verwendung gibt es mehrere Qualitätskontrollfaktoren, die berücksichtigt werden sollten, darunter: 1) Kennzeichnungspotenzial – Können Etiketten sicher geklebt werden? Sind sie manipulationssicher? Bieten sie eine zweifarbige Kennzeichnungsmöglichkeit? Ist ein sekundäres Etikett erforderlich, und kann das Etikett nach dem Aufwärmen zu Aufzeichnungszwecken (z. B. zur Patientenverifizierung) leicht entfernt werden? 2) Technisch einfach – Können Embryonen einfach und zeitnah in das Gerät geladen und nach der Erwärmung einfach identifiziert und verfolgt werden? 3) Verfahrenseinfachheit/Wiederholbarkeit – Bietet die Vitrifikationsmethode Einfachheit und Zuverlässigkeit, die eine einfache Wiederholbarkeit ermöglicht, wodurch die Schwankungen zwischen Technikern (intern) und Programmen (extern) minimiert werden? 4) LN2 Speicherkapazität – Können die Geräte einfach und sicher gehandhabt und identifiziert werden? Ist ihr Lagerpotenzial platzsparend? Bietet das Gerät als aseptisches geschlossenes System Sicherheit und Schutz vor physischen Schäden oder möglichen Verunreinigungen? 5) Wiederherstellungspotenzial / Überlebensfähigkeit – Ist das Gerätedesign anfällig für potenzielle Probleme bei der garantierten Gewinnung von Embryonen und werden sie zuverlässig vitrifizieren und die vollständige zelluläre Integrität nach der Erwärmung aufrechterhalten? Das letztgenannte spezifische Qualitätsproblem, die Wiederfindungsrate, wurde in veröffentlichten Berichten überraschenderweise minimiert; Dies geschieht, indem das ungünstige Ergebnis (d. h. der Verlust des Embryos oder der Eizelle) in der Regel in typischerweise guten Überlebensraten verborgen wird. Jedes Gerät, das zu einer inkonsistenten Wiederherstellung (<99 %) neigt, ist schwerwiegend fehlerhaft und stellt eine verfahrensrechtliche Haftung dar.
Unsere aseptische, geschlossene μS-VTF-Methode wurde strategisch entwickelt, um jede Qualitätskontrollmaßnahme zu berücksichtigen. Nach 5 Jahren überlegenen klinischen Erfolgs und Validierung14) musste das Verfahren jedoch geändert werden. Die ursprünglichen 0,3-ml-Embryonenstrohhalme (mit einem hydrophoben Pfropfen) wurden aus der IVF-Industrie entfernt und durch einen 0,3-ml-Samenhalm ersetzt, der einen Standard-Baumwoll-/PVP-Stöpsel besaß (d. h. als Samen-/Embryo-Strohhalm umetikettiert). In diesem Verfahrensdokument werden die spezifischen Schritte und Strategien beschrieben, die für eine sichere, einfache und effektive Implementierung von μS-VTF erforderlich sind. Darüber hinaus heben wir die Modifikation(en) hervor, die erforderlich sind, um Versorgungsengpässe zuverlässig zu berücksichtigen, bis ein alternativer idealer Strohbehälter wieder in das klinische Labor eingeführt wird.