Verminderte oder beeinträchtigte Fortpflanzungsfunktionen – nämlich Hypofertilität und Unfruchtbarkeit – wurden früher als Probleme angesehen, die sich auf die Erfüllung und das Wohlbefinden von Einzelpersonen oder Paaren auswirken, die Schwierigkeiten haben, ein Kind zu bekommen. Der moderne Lebensstil, die längere Lebenserwartung, die Verschiebung der Geburt und die Umweltverschmutzung trugen dazu bei, dass das Auftreten von Hypofertilität und Unfruchtbarkeit zunahm, die derzeit als Problem der öffentlichen Gesundheit wahrgenommen wird. Die Entwicklung der assistierten Reproduktionstechnologien (ART), die in vielen Fällen mit minimalinvasiven chirurgischen Eingriffen verbunden sind, verspricht eine zumindest teilweise Wiederherstellung der Fortpflanzungsfunktionen und gewinnt zunehmend Interesse an der Erhaltung der Fruchtbarkeit bei onkologischen Patienten, auch im pädiatrischen Alter. Darüber hinaus fand die ART erhebliche Anwendungen außerhalb des biomedizinischen Bereichs. So hat sich beispielsweise die moderne Landwirtschaft mit der Möglichkeit weiterentwickelt, die Nachkommen von Tieren, die aufgrund ihrer produktiven Merkmale ausgewählt wurden, effizient zu vermehren, was sich erheblich auf die Nachhaltigkeit und Rentabilität der Viehbestände auswirkt. Auch Artenschutzprogramme stützen sich oft auf ein breites Spektrum an assistierten Reproduktionsstrategien. Zu den bemerkenswertesten Beispielen gehört das BioRescue-Projekt, das "fortschrittliche Reproduktionstechnologien zur Rettung vom Aussterben bedrohter Säugetiere wie des Nördlichen Breitmaulnashorns" anwendet. Das Aussterben bedroht jedoch viele einheimische Haustierrassen, die weltweit durch die weit verbreiteten produktiveren kosmopolitischen Rassen ersetzt werden. Die Erhaltung der Fruchtbarkeit ist daher auch für die Erhaltung der biologischen Vielfalt der genetischen Ressourcen der Nutztiere unerlässlich geworden, um sie für künftige Generationen von Erzeugern und Verbrauchern verfügbar zu halten. Aus dieser Sicht wird die Kryobank von Gameten und Embryonen als Ex-situ-Erhaltungsstrategie vorgeschlagen, da sie das Potenzial hat, bedrohte oder sogar ausgestorbene Arten oder Haustierrassen wiederzubeleben. Während die Kryokonservierung von Embryonen und Spermien bei vielen Spezies recht gut etabliert ist, ist die Konservierung des mütterlichen Erbes, das die mitochondriale DNA umfasst, nicht so effizient. Die begrenzte Quelle der Gameten, der Mangel an adulten Vorläuferzellen sowie die biophysikalische Komplexität der Eizellen gehören zu den wichtigsten limitierenden Faktoren.
Das Ziel dieser Sammlung ist es, Einblicke in mehrere methodische Ansätze zu geben, die zu den erfolgreichsten gehören und die implementiert wurden, um einige der beschriebenen Grenzen zu überwinden, und zwar über verschiedene Säugetierarten hinweg.
Traditionell werden bei der In-vitro-Embryonenproduktion (IVP) Eizellen verwendet, die in vivo gezüchtet und als unreife, ausgewachsene Eizellen aus dem Eierstockkontext extrahiert werden, die dann eine In-vitro-Reifung (IVM) durchlaufen - oder als reife Eizellen. Der zweite Ansatz ist typisch für die medizinisch unterstützte Fortpflanzung beim Menschen und erfordert eine hormonelle Stimulation. Auf diese Weise kann jedoch nur eine sehr begrenzte Menge an Gameten rekrutiert werden, und der überwiegende Teil der ovariellen Reserve bleibt ungenutzt. Hier werden methodische Ansätze beschrieben, um zumindest teilweise auf die ungenutzten Ressourcen zuzugreifen, von Barros und Kollegen1, wobei der Schwerpunkt auf Eizellen aus dem Wachstum von Kühen liegt, die aus Entwicklungsstadien gesammelt wurden, die den ausgewachsenen Eizellen vorausgehen. Insbesondere werden Gameten, die aus kleinen antralen Follikeln gewonnen werden, in vitro kultiviert und können dann für die IVM verwendet werden, wie in traditionellen Schemata der Rinder-IVP.
Wie oben erwähnt, wird der IVM-Schritt normalerweise nicht beim Menschen angewendet, da der Prozess im Vergleich zu anderen Spezies weniger effizient ist. Wenn jedoch eine hormonelle Stimulation nicht vor einer Chemotherapie, Strahlentherapie oder Operation geplant werden kann, z. B. bei Patientinnen im präpubertären Alter, oder wenn der Eingriff sofort erfolgen muss oder eine bekannte Anfälligkeit für die Stimulation der Eierstöcke besteht, stellt die IVM eine Option zur Erhaltung der Fruchtbarkeit dar. In diesem Szenario schlagen Liu und Kollegen2 einen kombinierten chirurgischen und biotechnologischen Ansatz für Patientinnen vor, die sich einer gutartigen gynäkologischen Operation unterziehen, bei der Eizellen für die IVM kontextuell mit der gynäkologischen Operation (OP-IVM) entnommen werden. Die Erhaltung der Fruchtbarkeit der Patientin wird durch die Kryokonservierung oder Befruchtung der Eizellen vervollständigt.
Wann immer ein Partner verfügbar ist, wird die Kryokonservierung von Embryonen aufgrund der höheren Standardisierung und des Erfolgs im Vergleich zum Einfrieren von Eizellen bevorzugt. Die Eizelle ist in der Tat eine große Zelle, die ein ungünstiges Oberflächen-Volumen-Verhältnis aufweist, einen wichtigen Lipidgehalt aufweist und von einem Proteinschelf umgeben ist, alles Eigenschaften, die diese Zelle schlecht für die Permeation von Kryoprotektiva und sogar für Temperatursenkungen während des Einfrierens und ultraschnellen Einfrierens geeignet machen. Systeme zur Erhaltung der Fruchtbarkeit, sowohl bei menschlichen Patienten als auch bei tierischen Proben, würden jedoch von einem solchen Ansatz stark profitieren. In dieser Sichtweise werden zwei Protokolle vorgestellt, die das ultraschnelle Einfrieren von Eizellen, auch Vitrifikation genannt, bei Katzen- und Schafeozyten fördern 3,4. Während Succu und Kollegen die Bedeutung der Kulturbedingungen und des Zeitpunkts nach der Erwärmung für die Wiederherstellung des Entwicklungspotenzials von Eizellen bei jugendlichen Spenderinnenhervorheben 4, die auch Auswirkungen auf präpubertäre menschliche Patientinnen haben könnten, konzentrieren sich Colombo und Luvoni auf die Entwicklung feldfreundlicher Protokolle, die hauptsächlich auf den Schutz der Artenvielfalt von Wildtieren abzielen3.
Eine Alternative zum Einfrieren von Eizellen ist die Kryokonservierung von Eierstockfragmenten. Diese Fragmente können schließlich zuvor von größeren Eizellen erschöpft werden, um für andere Verfahren bestimmt zu werden, wie von Brouillet et al.5 beschrieben. Die Eierstockfragmente müssen dann kultiviert werden, um das Wachstum der Follikel und der geschlossenen Eizellen zu ermöglichen, bis geeignete Stadien erreicht sind. Alternativ können sie neu gepfropft werden6. Dieser Ansatz bleibt jedoch weitgehend experimentell und erfordert trotz einiger Erfolge, die einen prinzipiellen Beweis für die Machbarkeit liefern, immer noch erhebliche Anstrengungen, nicht nur aus Sicht der Forschung und Entwicklung, sondern auch auf der Ebene der grundlegenden Biologie/Physiologie, wie der Beitrag von Winship und Mitarbeitern7 zeigt.
Zu guter Letzt beinhaltet die Erhaltung der Fruchtbarkeit zwingend die Möglichkeit, dass sich der gebildete Embryo einnistet und sich bis zum Ende entwickelt. In dieser Sichtweise wird über einen Ansatz zur Sicherstellung einer angemessenen mütterlich-fetalen Erkennung unter Verwendung minimalinvasiver chirurgischer Eingriffe am Pferd berichtet8.
Darin wird eine umfassende Sammlung biotechnologischer und chirurgischer Ansätze für die Forschungs- und Medizingruppen vorgestellt, die nach modernsten Methoden zur Erhaltung der Fruchtbarkeit suchen, in der Hoffnung, dass der gründliche Austausch von Protokollen für die Verbesserung der bestehenden Praxis und für das kritische Nachdenken über relevante Herausforderungen in diesem Bereich und deren Überwindung nützlich sein wird.