Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Die Ernährung von Embryonen bis zum Blastozystenstadium

Seiwald, Uta

Vor dem Hintergrund einer Zertifizierung verschiedener Labore, die mit Embryonen unterschiedlicher Spezies arbeiten, stellte man fest, dass es für deren Kultur kein einheitliches Verfahren gibt. Jedes Labor verwendet seine eigene Zusammensetzung für ein Medium und es ist dabei bislang nicht ersichtlich, welche Komponenten in dem Kulturmedium für den Embryo essentiell sind. Ziel der vorliegenden Literaturstudie war - unter Berücksichtigung der Kenntnisse der Ovidukt- und Uterusflüssigkeit -, darzustellen, was für die Ernährung von Embryonen bis zum Blastozystenstadium im Vergleich zu den in-vivo- / in-vitro- Bedingungen benötigt wird. Es lassen sich nach Studium der entsprechenden Literatur folgende Schlussfolgerungen ziehen: Allgemeines zur Kultur von Embryonen Bei einer Kultur von Embryonen in Gruppen (10-20/Tropfen Medium) entwickelt sich ein größerer Anteil der Zygoten zu Blastozysten als bei einer Kultur mit nur einem einzigen Embryo im Medium. Ebenso ist eine gemeinsame Kultur mit somatischen Zellen förderlich für die Entwicklung (Kokultur), aber nicht essentiell. In neueren Forschungen wird versucht, weitgehend auf eine Kokultur zu verzichten, nicht zuletzt um reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten und die Gefahr einer viralen Kontamination zu umgehen. Milieubedingungen In der Regel beträgt die Inkubationstemperatur 39°C, obwohl beim Rind die höchsten Teilungsraten bei 37°C festgestellt wurden. Embryonen brauchen in vitro pH-Werte von durchschnittlich 7,2 bis 7,3 (Ausnahme Schwein: pH Werte bis 7,85). Bei den meisten Tierarten ist bei der in-vitro-Kultur von Embryonen eine reduzierte Sauerstoffspannung (5% O2) vorteilhaft (Ausnahme Schwein: 20% O2 optimal). In der Regel wird dennoch mit 5% CO2 in Luft inkubiert. Obwohl in der Eileiterflüssigkeit über 360 mosm vorkommen können, betragen die Werte für die Kultur ca. 270-280 mosm. Oft werden Osmolyten wie Glutamin, Taurin und Betain zugegeben, um nachteilige Effekte zu hoher osmotischer Werte zu mindern. Substratbedingungen Energie -Kohlenhydrate Kohlenhydrate sind als Energiequelle für die Entwicklung von der Zygote bis zur Blastozyste nicht essentiell. Höhere Konzentrationen von Glukose hemmen die Entwicklung in frühen Stadien (bis 4-Zeller), insbesondere in Verbindung mit Phosphat (Hamster max. 36 mg Glukose/l; Rind: max. 540 mg Glukose /l; Ausnahme Schwein: bis 1000 mg Glukose /l). -Eiweiß und Aminosäuren Eiweiß oder Aminosäuren - in der Oviduktflüssigkeit in Konzentrationen von ca. 10-30 g/l - sind essentielle Bestandteile aller Kulturmedien (z.B. BSA: ca. 5 g/l Medium; ansonsten Entwicklungsstillstand). Sie sind auch als Puffer und Chelatbildner für mögliche embryotoxische Substanzen (z.B. Sauerstoffradikale) von Bedeutung. Eine Eiweißzufuhr kann über Serum oder BSA erfolgen (Nachteil: variable Zusammensetzung, mögliche Kontamination mit Viren etc.; Vorteil: enthaltene Spurenelemente, essentielle Fettsäuren, Hormone, Wachstumsfaktoren). Wegen der o.g. Risiken besteht heute ein Trend zu chemisch definierten Zusätzen (mit Aminosäuren). -Fette Fette bzw. Fettsäuren - in Ovidukt- und Uterusflüssigkeit nur in geringsten Konzentrationen vorhanden - sind nicht essentiell. Ein spezieller Zusatz erfolgt nicht, dennoch kommt es durch die im Serum bzw. BSA enthaltenen Fettsäuren zu einer Zufuhr. Mengenelemente Die Gehalte an Mengenelementen in der Ovidukt- bzw. Uterusflüssigkeit unterscheiden sich erheblich von denen, die in den Nährmedien üblich sind. Die Essentialität ist dabei bislang kaum näher untersucht. Zu hohe NaCl-Konzentrationen (über 6500 mg/l) sind genau wie Phosphate v.a. für die Entwicklung früher Stadien (1- bis 4-Zeller) nachteilig. Bei Serum- oder BSA-Zugabe werden jedoch aufgrund der Chelat- und Pufferwirkung höhere NaCl-Gehalte bei der in-vitro-Kultur toleriert. Spurenelemente Auch ohne eine gezielte Spurenelementergänzung findet eine erfolgreiche Kultur von Embryonen statt. Eine Zulage ist nicht essentiell. Bei einigen Medien sind im Rahmen einer Optimierung Eisen, Kupfer und Zink zugefügt, obgleich direkte Untersuchungen über den Effekt dieser Supplementation auf die Entwicklung fehlen. Regulativ wirksame Substanzen Eine Zugabe von Hormonen und Wachstumsfaktoren ist nicht essentiell, wenngleich z.B. über die Zugabe von PDGF eine gesteigerte Entwicklung boviner Embryonen erreicht werden kann. Trotz großartiger Erfolge bei der in-vitro-Kultur, äußerst differenzierter Techniken und vieler experimenteller Untersuchungen auf diesem Forschungsgebiet ist die Frage des Nährstoffbedarfs früher Embryonen (bis Blastozyste) im eigentlichen Sinne offen. Dabei arbeitet man oft mit anderen Bedingungen als dem Erkenntnisstand entsprechen würde. Hier besteht die Notwendigkeit systematischer Untersuchungen zur Optimierung der Nährstoffgehalte in verschiedenen Medien in verschiedenen Altersstufen. Vermutlich liegen durchaus weitere Informationen über die in-vitro-Kultur vor, die aber aus kommerziellen Gründen nicht frei zur Verfügung stehen. Die in-vitro-Kultur von Embryonen könnte eventuell als Modell zur Klärung der Ursachen für einen embryonalen Frühtod dienen. Dies wäre beispielsweise interessant, um verschiedene "unerwünschte" Stoffe aus Futtermitteln oder Metaboliten aus dem Stoffwechsel der Muttertiere in ihrer direkten Wirkung auf die frühembryonalen Stadien zu testen (z.B. hemmt Phosphor in höheren Konzentrationen die in-vitro-Entwicklung, auch in vivo werden Fertilitätsstörungen bei einer Phosphor-Überversorgung beobachtet).

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Seiwald, Uta: Die Ernährung von Embryonen bis zum Blastozystenstadium. Hannover 2001. Tierärztliche Hochschule.

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