Präimplantationsdiagnostik (PID)

Die Präimplantationsdiagnostik (PID) (genetische Untersuchung vor dem Einsetzen des Embryos) ist die genetische Untersuchung von Eizellen, Polkörpersätzen (Abspaltungen der Eizelle) oder Embryonen (frühe Entwicklungsstadien des ungeborenen Kindes) im Rahmen einer In-vitro-Fertilisation (IVF) (künstliche Befruchtung im Labor) vor dem Embryotransfer (Einsetzen des Embryos in die Gebärmutter). Ziel ist der Nachweis oder Ausschluss definierter genetischer oder chromosomaler Veränderungen, um das Risiko für die Übertragung einer schweren erblichen Erkrankung zu reduzieren. Terminologisch wird heute international überwiegend zwischen preimplantation genetic testing for monogenic disorders (PGT-M) (Test auf einzelne Erbkrankheiten), preimplantation genetic testing for structural rearrangements (PGT-SR) (Test auf strukturelle Chromosomenveränderungen) und preimplantation genetic testing for aneuploidy (PGT-A) (Test auf zahlenmäßige Chromosomenstörungen) unterschieden [1-6].

Synonyme

• Präimplantationsgenetische Diagnostik (PGD)
• Präimplantative Diagnostik
• Preimplantation genetic testing (PGT)
• PGT-M
• PGT-SR
• PGT-A

Das Verfahren

• Benötigtes Material
  • Eizellen nach kontrollierter ovarieller Stimulation (hormonelle Anregung der Eierstöcke)
  • Spermien des Partners oder Spenders
  • Embryonen nach IVF bzw. intrazytoplasmatischer Spermieninjektion (ICSI) (Einspritzen eines einzelnen Spermiums in die Eizelle)
  • Biopsiematerial (Gewebeprobe) aus Polkörpersätzen, Blastomeren (Einzelzellen des frühen Embryos) oder Trophektodermzellen (Zellen der späteren äußeren Embryohülle)
  • Bei PGT-M zusätzlich Referenzmaterial der Eltern, ggf. auch weiterer Familienmitglieder zur Testetablierung
  • Bei PGT-SR zusätzlich zytogenetische Vorbefunde (frühere Untersuchungen der Chromosomen), insbesondere Karyogramm (Darstellung der Chromosomen) des Trägers der strukturellen Chromosomenveränderung
• Vorbereitung des Patienten
  • Humangenetische Beratung (Beratung zu erblichen Erkrankungen) vor jeder PID
  • Reproduktionsmedizinische Beratung (Beratung zur Fortpflanzungsmedizin) mit Aufklärung über Erfolgswahrscheinlichkeit, Limitationen, Fehlerrisiken und Alternativen
  • Gesicherte molekulargenetische (auf Ebene der Gene) oder zytogenetische Diagnose (auf Ebene der Chromosomen) bei mindestens einem Elternteil, sofern eine gezielte Testung geplant ist
  • Bei PGT-M häufig vorherige Entwicklung und Validierung eines familienspezifischen Testsystems [1, 3, 6]
• Störfaktoren
  • Embryonaler Mosaizismus (Vorliegen unterschiedlicher Zelllinien im Embryo)
  • Allele Drop-out bei PCR-basierten Verfahren (Ausfall eines Genabschnitts bei der Analyse)
  • Kontamination (Verunreinigung) mit exogener oder maternaler DNA
  • Unzureichende DNA-Qualität bzw. geringe Zellzahl
  • Methodenspezifisch eingeschränkte Aussagekraft bei segmentalen Aneuploidien (Veränderungen einzelner Chromosomenabschnitte), komplexen Rearrangements (komplizierte Chromosomenumbauten) oder bestimmten mitochondrialen Fragestellungen (Untersuchungen der Zellkraftwerke)
  • Ein unauffälliger PID-Befund schließt nicht alle genetischen Erkrankungen oder Fehlbildungen aus [1-6]
• Methode
  • Die moderne PID erfolgt heute überwiegend nach IVF/ICSI im Blastozystenstadium (Entwicklungsstadium nach etwa 5 Tagen) mittels Trophektodermbiopsie (Entnahme von Zellen aus der äußeren Embryohülle); ältere Verfahren wie die Blastomerenbiopsie (Entnahme einzelner Embryonalzellen) an Tag 3 oder die Polkörpersatzdiagnostik (Untersuchung der Polkörper) haben deutlich an Bedeutung verloren [1, 2, 4].
  • Das Verfahren wird in mehreren Schritten durchgeführt:
  • Schritt 1: Kontrollierte ovarielle Stimulation
    • Durch hormonelle Stimulation werden mehrere Follikel (Eibläschen) zur Reifung gebracht.
    • Die ovarielle Reaktion (Reaktion der Eierstöcke) wird sonographisch (mit Ultraschall) und hormonell überwacht.
    • Nach Auslösen der finalen Oozytenreifung (letzte Reifung der Eizellen) erfolgt die transvaginale Follikelpunktion (Entnahme der Eizellen durch die Scheide).
  • Schritt 2: Gewinnung und Befruchtung der Eizellen
    • Die gewonnenen Eizellen werden im IVF- oder meist im ICSI-Verfahren befruchtet.
    • ICSI wird bei PID häufig bevorzugt, da hierdurch die Gefahr einer Kontamination mit anhaftenden Spermien bei der genetischen Analyse reduziert wird [1-4].
  • Schritt 3: Embryokultur (Aufzucht des Embryos im Labor)
    • Die Embryonen werden im Labor kultiviert.
    • Heute wird in der Regel bis zum Blastozystenstadium an Tag 5-7 kultiviert, da die Entnahme mehrerer Trophektodermzellen diagnostisch robuster ist als die Analyse einzelner Blastomeren [2, 4].
  • Schritt 4: Biopsie (Gewebeentnahme)
    • Polkörperbiopsie
      • Entnahme des ersten und/oder zweiten Polkörpers aus der Eizelle
      • Erfasst ausschließlich maternale genetische Informationen (Erbinformationen der Mutter)
      • Heute nur noch in ausgewählten Konstellationen relevant [2]
    • Blastomerenbiopsie
      • Entnahme von meist 1-2 Zellen aus einem Embryo im 6-8-Zell-Stadium
      • Wegen begrenzter diagnostischer Robustheit und potenzieller Beeinträchtigung der Embryonalentwicklung (Entwicklung des Embryos) heute weitgehend verlassen [2, 4]
    • Trophektodermbiopsie
      • Entnahme von meist 5-10 Zellen aus dem Trophektoderm einer Blastozyste
      • Die innere Zellmasse (späterer Embryo) bleibt unbiopsiert.
      • Dies ist heute das Standardverfahren der PID [1, 2, 4]
  • Schritt 5: Kryokonservierung (Einfrieren)
    • Nach der Biopsie werden die Blastozysten häufig vitrifiziert (schockgefroren).
    • Der Embryotransfer erfolgt oft in einem späteren Zyklus nach Vorliegen des genetischen Ergebnisses.
  • Schritt 6: genetische Analyse
    • Bei PGT-M kommen je nach Fragestellung PCR-basierte Verfahren, Haplotypisierung (Analyse gemeinsam vererbter Genabschnitte) und/oder Next-Generation-Sequencing (NGS) (moderne Hochdurchsatz-Genanalyse) zum Einsatz [1, 3, 6].
    • Bei PGT-SR und PGT-A werden vor allem NGS-basierte Verfahren, SNP-Array-Techniken (Verfahren zur Untersuchung vieler Genvarianten) oder andere genomweite Kopienzahlverfahren eingesetzt [1, 4, 5].
    • Untersucht werden je nach Indikation:
      • bekannte monogene Mutationen (Veränderungen in einem einzelnen Gen)
      • strukturelle Chromosomenumbauten
      • numerische Chromosomenstörungen (Aneuploidien)
      • größere Deletionen (Verluste von Erbgut) oder Duplikationen (Verdopplungen von Erbgut)
  • Schritt 7: Befundinterpretation
    • Embryonen werden je nach Teststrategie als unauffällig, betroffen, Träger, unbalanciert, aneuploid, Mosaik oder nicht auswertbar klassifiziert.
    • Insbesondere Mosaikbefunde erfordern eine differenzierte Einzelfallbewertung, da die Aussagekraft hinsichtlich Implantation (Einnistung), Fehlgeburtsrisiko und fetalem Outcome (Entwicklung des ungeborenen Kindes) begrenzt ist [1, 4, 5].
  • Schritt 8: Auswahl und Embryotransfer
    • Transferiert wird vorzugsweise ein genetisch unauffälliger Embryo.
    • Single-Embryo-Transfer (Transfer nur eines Embryos) wird bevorzugt, um Mehrlingsschwangerschaften zu vermeiden.
  • Schritt 9: Bestätigung in der Schwangerschaft
    • Trotz PID wird eine bestätigende pränatale Diagnostik (Untersuchung des ungeborenen Kindes während der Schwangerschaft) in der eingetretenen Schwangerschaft empfohlen, da technische Fehlklassifikationen, Mosaizismus oder nicht getestete genetische Veränderungen möglich bleiben [1, 3-6].

Normbereiche (je nach Labor)

Normbereiche sind methoden- und laborabhängig.

Indikationen

• Bekannte monogene Erkrankung bei einem oder beiden Partnern
  • z. B. Mukoviszidose (angeborene Stoffwechselerkrankung mit zähem Schleim), spinale Muskelatrophie (erblich bedingter Muskelschwund), Duchenne-Muskeldystrophie (schwere erbliche Muskelerkrankung), Huntington-Krankheit (erblich bedingte Erkrankung des Gehirns), bestimmte Hämoglobinopathien (erbliche Erkrankungen des roten Blutfarbstoffs) [3, 5, 6]
• Strukturelle Chromosomenaberrationen (Chromosomenveränderungen) bei einem Elternteil
  • balancierte Translokationen (ausgeglichene Chromosomenumlagerungen)
  • Robertson-Translokationen (spezielle Form einer Chromosomenumlagerung)
  • Inversionen (Umkehrung eines Chromosomenabschnitts) [4, 5]
• Wiederholte Fehlgeburten bei nachgewiesener struktureller Chromosomenanomalie (Chromosomenveränderung) eines Elternteils
• Ausgewählte Konstellationen mit wiederholtem Implantationsversagen (Ausbleiben der Einnistung)
• PGT-A bei Aneuploidierisiko (Risiko für zahlenmäßige Chromosomenstörungen)
  • insbesondere höheres maternales Alter; die Indikation ist jedoch differenziert zu stellen und nicht generell für alle IVF-Zyklen evidenzbasiert [4, 5]
• Seltene Sonderindikationen
  • HLA-Typisierung (Bestimmung bestimmter Gewebemerkmale) in Kombination mit PGT-M in ausgewählten ethisch und rechtlich komplexen Situationen
  • Ausschlusstestung bei spätmanifesten Erkrankungen (erst spät auftretende Erkrankungen) unter besonderen humangenetischen Voraussetzungen [3, 5]

Interpretation

• Erhöhte Wahrscheinlichkeit für auffällige Befunde
  • höheres maternales Alter
  • balancierte Chromosomenveränderung eines Elternteils
  • familiär bekannte monogene Erkrankung
  • wiederholte Fehlgeburten bei struktureller Chromosomenstörung
• Aussagekraft unauffälliger Befunde
  • Ein unauffälliger PID-Befund schließt nur die gezielt untersuchte Veränderung aus.
  • Nicht getestete genetische Erkrankungen, de-novo-Mutationen (neu entstandene Genveränderungen), Fehlbildungen und schwangerschaftsassoziierte Komplikationen (Probleme während der Schwangerschaft) bleiben möglich.
• Spezifische Konstellationen
  • Embryonaler Mosaizismus kann die Befundinterpretation erschweren.
  • Bei PGT-M ist die diagnostische Sicherheit sehr hoch, aber nicht absolut; Residualrisiken (verbleibende Restrisiken) bleiben bestehen [1, 3, 6].
  • Der klinische Nutzen von PGT-A ist populationsabhängig und insbesondere bei jungen Frauen ohne spezifische Risikokonstellation nicht pauschal belegt [4, 5].

Weiterführende Diagnostik

• Karyogramm beider Partner
• Molekulargenetische Diagnostik der bekannten familiären Mutation
• Humangenetische Beratung
• Reproduktionsmedizinische Abklärung vor IVF/ICSI
• Pränatale Diagnostik nach Eintritt der Schwangerschaft
  • Chorionzottenbiopsie (Entnahme von Gewebe aus dem Mutterkuchen)
  • Amniozentese (Fruchtwasseruntersuchung)
  • Nichtinvasive Pränataldiagnostik (Untersuchung ohne Eingriff) je nach Fragestellung
• Serielle Ultraschalluntersuchungen im Schwangerschaftsverlauf

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Literatur

1. Carvalho F, Coonen E, Goossens V, Kokkali G, Rubio C, Meijer-Hoogeveen M, et al. ESHRE PGT Consortium good practice recommendations for the organisation of PGT. Human Reproduction Open. 2020;2020(3):hoaa021. https://doi.org/10.1093/hropen/hoaa021
2. Kokkali G, Coticchio G, Bronet F, Celebi C, Cimadomo D, Goossens V et al.: ESHRE PGT Consortium and SIG Embryology good practice recommendations for polar body and embryo biopsy for preimplantation genetic testing. Human Reproduction Open. 2020;2020(3):hoaa020.
   https://doi.org/10.1093/hropen/hoaa020
3. Moutou C, Carvalho F, Dreesen J, Giménez C, Goossens V, Kakourou G et al.: ESHRE PGT Consortium good practice recommendations for the detection of monogenic disorders. Human Reproduction Open. 2020;2020(3):hoaa018. https://doi.org/10.1093/hropen/hoaa018
4. PGT-SR/PGT-A Working Group, Carvalho F, Coonen E, Kokkali G, Rubio C, Meijer-Hoogeveen M, et al. ESHRE PGT Consortium good practice recommendations for the detection of structural and numerical chromosomal aberrations. Human Reproduction Open. 2020;2020(3):hoaa017.
   https://doi.org/10.1093/hropen/hoaa017
5. Xu CM, Zhou CQ, Zhang SY, Qiao J, Wang L, Wang L et al.: Preimplantation genetic testing guidelines of International Society of Reproductive Genetics. Reproductive and Developmental Medicine. 2023;7(2):61-79. https://doi.org/10.1097/RD9.0000000000000033
6. De Rycke M, Berckmoes V. Preimplantation genetic testing for monogenic disorders. Genes (Basel). 2020;11(8):871. https://doi.org/10.3390/genes11080871