Die embryonale Phase

In der embryonalen Phase der gesamten Embryonalentwicklung findet die Organogenese (= Organbildung) statt. Dabei wird die Gastrula in eine Körperstruktur mit bestimmten Organen übergeführt.

Direkt auf die Gastrulation folgt die Neurulation, bei der die Bildung des Nervensystems beginnt.

Die Nervenzellen und Gliazellen, aus denen das Zentralnervensystem besteht (Gehirn und Rückenmark) entstehen aus einem speziellen Bereich des Ektoderms, den man Neuralplatte nennt. In der dritten Woche der Embryonalentwicklung gibt das Mesoderm ein molekulares Signal, worauf die Neurulation beginnt. Kurz danach faltet sich die Neuralplatte nach innen und bildet die Neuralrinne aus, die sich zum Neuralrohr formt. Daraus wird später das Rückenmark. Seitlich bilden sich die Neuralleisten aus, aus denen sich später das vegetative Nervensystem entwickelt.

Zuvor hat sich unterhalb davon die Corda dorsalis gebildet, der zentrale Achsenstab aller Vertebraten (= Wirbeltiere). Seitlich davon entstehen später die Wirbel der Wirbelsäule.

Weiterhin haben sich verschiedene, die Embryoreifung unterstützende Strukturen gebildet wie das Amnion, der Dottersack, das Chorion und die Allatois, die sich weiterentwickeln.

Das Amnion ist eine spezielle, schützende Membran. Bei anderen Organismen mit einer amniontischen Hülle wird der Embryo vor Dehydration geschützt. Beim Menschen ist das nicht so wichtig wie bei Eidechsen, die ihre Eier in z.B. den trockenen Sand ablegen. Bei Menschen dient das Amnion wesentlich zur Isolation und absorbiert Stöße.

Der Dottersack ist bei Tieren wichtig wie z.B. Hühnern, die dort Nahrung speichern. Beim Menschen werden die Nährstoffe über die Plazenta bereitgestellt. Im Menschen liefert der Dottersack fötale Blutzellen und bildet einen Teil der Nabelschnur.

Das Chorion entwickelt sich aus den Zellen des Trophoblasten und bildet den fötalen Anteil der Plazenta. Bei anderen Wirbeltierembryos wie z.B. Hühnern dient das Chorion als respiratorische Struktur und zur Sauerstoffanlieferung.

Als letzte der extraembryonischen Membranen entwickelt sich in der 4. und 5. Woche die Allantois. Sie stellt die Arterien und Venen für das Chorion und die Nabelschnur bereit.

Bis zur 10. Woche ist die Plazenta (=Nachgeburt oder Mutterkuchen genannt), das wichtigste Organ im vorgeburtlichen Versorgungssystem als Bindeglied zwischen Mutter und Kind voll ausgebildet. Die Plazenta vergrößert sich mit fortschreitendem Wachstum des Fötus und besteht aus einem kindlichen Anteil und einem mütterlichen Anteil. Die mütterliche Plazenta ist mit dem Fötus über die Nabelschnur verbunden. Der Embryo bezieht aus dem Blut der Mutter Sauerstoff, Nährstoffe und Flüssigkeit, Abfallprodukte aus dem kindlichen Stoffwechsel werden zurückgeleitet. Die beiden Blutkreisläufe sind durch eine dünne Membran voneinander getrennt, sodaß sich das mütterliche und kindliche Blut nicht miteinander mischen.

Allerdings filtert die Plazenta nicht alle problematische Stoffe heraus, sodaß einige Giftstoffe wie Ethanol und z.B. Schwermetalle (Pb, As, Cd) und Viren die Plazentaschranke passieren können.

In der Plazenta werden spezielle Hormone wie Progesteron und Östrogen (= weibl. Sexualhormone) gebildet, die die Menstruation und die weitere Eireifung bei der werdenden Mutter verhindern.

Nach der Geburt wird die Plazenta als Nachgeburt abgestoßen.

In der Embryologie werden die verschiedenen Stadien der Entwicklung mit Carnegiestadien von 1-23 bezeichnet. Die Stadien stellen ungefähre Reifungsstufen des Embryos dar.

Fötale Phase

Im Allgemeinen wächst der Embryo in der 3. und 4. Woche, Augenlider und Augenbrauen wie Fingernägel werden gebildet und Knochen ersetzt den Knorpel.. Die Schädelknochen wachsen bis auf verschiedene Lücken (= Fontanellen) nicht weiter zusammen. Diese schließen sich erst bis 2 Jahre nach der Geburt. Auch die Geschlechtsorgane entwickeln sich ab dem Ende des 3. Monats der Embryonalentwicklung. Ab dem 5. Monat kann die Mutter fötale Bewegungen spüren. Während dieser Zeit ist die Haut mit dem embryonalen Haarkleid (= Lanugo) überzogen, zusammen mit Hauttalg, das als Schutz vor dem Fruchtwasser dient.

Die Geburt erfolgt in der 40. Woche im 9. Monat. Die Geburtsgröße variiert stark und ist normalerweise zwischen 30 - 35 cm.

3.6.2 Embryonale Stammzellen

Stammzellen sind noch undifferenzierte Körperzellen, die über längere Zeit teilungsfähig sind. Dabei entsteht je eine Zelle, die sich zu einer bestimmten Gewebezelle z.B. Leberzelle entwickelt und eine Zelle, die die Stammzelleneigenschaft beibehält.

Man unterscheidet allgemein 2 Typen:

Sie haben verschiedene Eigenschaften, je nach dem was aus den Teilungsprodukten werden kann. In Säugetieren nennt man Stammzellen, aus denen alle anderen Zellen des erwachsenen Organismus werden können totipotent. Die einzigen totipotenten Zellen sind die Zygote und die ersten paar daraus entstehenden Zellen (z.B. 4-Zell-Stadium; siehe die Fähigkeit der Säugetiere zur Bildung von Mehrlingen).

Stammzellen, aus denen außer den extraembryonischen Membranzellen ( aus dem Trophoblast) beliebig differenzierte Zellen werden können nennt man pluripotent.

Man hat 3 Sorten pluripotente Stammzellen gefunden, die ausschließlich in Embryonen isoliert werden können:

Embryonale Stammzellen (ES-Zellen).

Diese entstammen der inneren Zellmasse (ICM) der Blastozyste. Nach einer In-vitro-Fertilisation (=künstliche Befruchtung außerhalb des Körpers) kann man bei "überzähligen" Embryonen aus den Blastozysten (Bläschenstadium) innerhalb von drei Tagen die pluripotenten Zellen der inneren Zellmasse isolieren. Dieses Verfahren zerstört allerdings den Embryo und ist 2005 in vielen Ländern verboten.

Embryonale Keimzellen (EG-Zellen = primordialer Keimzellen).

Diese werden aus Vorläufern der Gonaden (= Geschlechtsorganen) aus abgetrieben Föten (= Embryo ab dem 3 Monat) isoliert. Diese Zellen, die als Vorläuferzellen für Ei- und Spermazellen dienen lassen sich im Labor unter Kulturbedingungen zu embryonalen Stammzellen weiterentwickeln. Sie sind wie die aus der Blastozyste isolierten Zellen pluripotent und unterscheiden sich von diesen in keiner Weise.

Embryonale Karzinomzellen (EC-Zellen).

Man isoliert sie aus dem Teratokarzinom, einem Tumor in fötalen Gonaden. Diese Zellen sind aneuploid, d.h. besitzen einen abnormalen Chromosomensatz.

Als letztes existieren noch multipotente Stammzellen (adulte Stammzellen) , die in den meisten Organen erwachsener Tiere gefunden werden wie z.B. Knochenmarkszellen. Sie ersetzen normalerweise abgestorbene oder beschädigte Zellen.

Auf eine Diskussion ethischer Probleme wird hier verzichtet und auf die umfangreiche Literatur im Internet verwiesen z.B. http://www.zeit.de/wissen/stammzellen/index.

Künstliche Befruchtung

Unter dem Begriff künstliche Befruchtung versteht man Methoden, bei der die Befruchtung entweder im Uterus oder Reagenzglas künstlich erreicht wird. Eine Befruchtung einer Eizelle durch Sperma außerhalb des Körpers in einem Teströhrchen nennt man In-Vitro-Fertilisation (IVF). Die künstliche Injektion von Sperma in den Uterus durch einen Arzt nennt man Insemination.

Methoden der künstlichen Befruchtung werden schon seit 30 Jahren bei Tieren (Zuchtiere usw.) angewandt. Seit einigen Jahren findet dies auch beim Menschen statt, wenn entweder durch die Frau oder den Mann verursacht keine natürliche Befruchtung möglich ist. Bezogen auf den Menschen sind die rechtlichen Bedingungen dafür in Deutschland besonders streng und schließen Maßnahmen aus, die in anderen europäischen Ländern erlaubt sind.

Insemination

Wenn beim männlichen Tier oder meim Mann die Samenmenge zu gering ist oder die Spermas mangelnde Qualität aufweisen verwendet man die Insemination. Spermatozoen können verschieden Deformationen aufweisen, die z.B. zu einer mangelnden Beweglichkeit führen. Auch können Störungen im Bereich des Gebärmutterhalses der Frau der Grund für eine Insemination sein.

Es werden zwei Formen der Insemination unterschieden:

Homologe Insemination: Bei dieser Form wird der Samen des Ehemannes verwendet.
Heterologe Insemination: Hier wird der Samen eines anonymen Spenders verwendet.

Um eine Schwangerschaft zu ermöglichen, werden die Samenzellen direkt mit einer Spritze oder über einen weichen Katheter ca. 12 bis 24 Stunden vor dem Eisprung in den Uterus gespritzt. Die Samenzellen finden dann selbständig bis zur befruchtungsfähigen Eizelle. Vor der Injektion werden die Spermatozoen auf Schädigungen untersucht. Die Chance einer Schwangerschaft bei der Insemination beträgt ca. 15% pro Behandlung. Vor der Injektion erhält die Frau eine sanfte hormonelle Behandlung ( HCG = Human Chorionic Gonadotropin ) zur Stimulation der Eireifung und Regulation des Eisprungs.

Bei der heterologen Insemination sind die Spender immer anonym.

Spermien kommen oft aus Samenbanken, die die Spermatozoen für einen mehrmonatigen Zeitraum in flüssigem Stickstoff bei -196°C tiefgefrieren. Ein solche Lagerung nennt man Kryokonservierung. Mit der Kryokonservierung ( die schon seit ca. 40 Jahren durchgeführt wird) wird die Vitalität der Zellen aufrecht erhalten, obgleich das biologische System in den Zustand eines Festkörpers übergeht. Ohne Gefrierschutzmittel ist eine Lebendkonservierung biologischen Materials allerdings nicht möglich. Das Gefrierschutzmittel muss in alle Zellen hineingelangen.

Durch die Lagerung im flüssigen Stickstoff bleiben die Proben nahezu unbegrenzt ohne Einbuße der Lebensfähigkeit haltbar. Untersuchungen haben gezeigt, daß Lagerungszeiten von bis zu 9 Jahren keinen Einfluss auf die Qualität der Spermien hatten.

Auch Eizellen können so gelagert werden. Die Kryokonservierung von Embryonen wie sie zum Teil in anderen Ländern durchgeführt wird, ist in Deutschland derzeit gesetzlich verboten.

In-Vitro-Fertilisation (IVF)

Bei der In-Vitro Fertilisation oder künstliche Befruchtung außerhalb des Körpers wird eine Eizelle der Frau mit einem Sperma des Mannes in einem Teströhrchen zusammengebracht. Dort findet die Befruchtung statt.

1992 jedoch wurde in Belgien erstmals die intrazytoplasmatische Spermieninjektion (ICSI) durchgeführt und zwar durch die gezielte Injektion eines einzigen Spermiums einer Eizelle unter dem Mikroskop. Nach der Inkubation in einer speziellen Lösung für einige Tage wird die so künstlich befruchtete Eizelle in den Uterus der Frau eingepflanzt.

Vor der Einpflanzung kann die Präimplantantionsdiagnostik (PID, englisch: PGD) benutzt werden, um beim Embryo Erbkrankheiten zu identifizieren. wie z.B. Cystische Fibrose oder Sichelzellanämie. Diese Vorgehensweise reduziert das Risiko für Erbkrankheiten beim Kind beträchtlich.

In Deutschland ist die PID durch das Embryonenschutzgesetz verboten.

Sperma 1: Defekt im Mittelstück
Sperma 2: normal
Sperma 3: großer Kopf, 2 Schwänze
Sperma 4:deformierter Kopf
Sperma 5: defektes Acrosom

Abb. 22

Kryokonservierung in flüssigem Stickstoff