De eerste toets

Als alle ivf-embryo's vóór hun transplantatie bij de moeder op chromosoomfouten worden gescreend leidt dat tot minder miskramen en minder meerlingen.

Ruim drieduizend kinderen komen er ieder jaar in Nederland na een reageerbuisbevruchting ter wereld. Eén op de 70 geboren kinderen is tegenwoordig een IVF-kind. Dat lijkt een groot succes, maar misschien kan het wel veel beter. Slechts 20% van de cycli, waarbij meestal twee embryo's worden getransplanteerd bij de moeder, levert een kind op. In de andere gevallen nestelen de embryo's niet in, gaan ze heel vroeg in de zwangerschap verloren of eindigt de zwangerschap in een merkbare miskraam. Ongeveer de helft van de paren die met IVF beginnen krijgt uiteindelijk een IVF-kind.

De baby take home rate kan omhoog als embryo's die toch in een miskraam zullen eindigen niet meer worden teruggeplaatst. De meeste miskramen zijn het gevolg van chromosoomafwijkingen. Meestal is er dan één chromosoom te veel. Soms mist er één, of zijn alle chromosomen in plaats van dubbel driedubbel aanwezig. Een normale menselijke celkern bevat 46 chromosomen, in 23 paren. Als uit een embryo met een chromosoomafwijking toch een kind groeit, is het vrijwel zeker gehandicapt. Het syndroom van Down (met drie chromosomen 21) is de bekendste aangeboren ziekte door een chromosoomafwijking.

Het bijzondere van menselijke embryo's is dat ze, in vergelijking met embryo's van andere zoogdiersoorten, erg vaak chromosoomafwijkingen hebben. Een op de drie embryo's is afwijkend (zie kader). IVF-specialisten vonden screening van embryo's op chromosoomafwijkingen al een aantrekkelijk idee in de jaren tachtig, toen IVF nog in de kinderschoenen stond.

De kunst om embryo's te selecteren op hun vermogen zich in te nestelen en uit te groeien tot een liefst gezonde baby hebben de embryologen en genetici nog niet helemaal in de vingers. Het onderzoek is pas in de jaren negentig van de grond gekomen, in het voetspoor van de pre-implantatie genetische diagnostiek (PGD). De PGD-techniek is niet alleen bruikbaar om naar ziekmakende afwijkingen in een van de 30.000 menselijke genen te zoeken. Er kunnen ook snel afwijkingen in het aantal chromosomen in een celkern mee worden opgespoord. In het buitenland gebeurt dit sinds een paar jaar, op experimentele basis. Dit najaar begint een experiment in Rotterdam.

Bij PGD – in Nederland alleen in Maastricht toegepast – wordt bij een echtpaar met een ernstige erfelijke ziekte in de familie een reageerbuisbevruchting uitgevoerd, niet omdat het ouderpaar onvruchtbaar is, maar omdat het embryo moet worden onderzocht. Als het embryo na drie dagen groeien in de broedstoof acht cellen groot is, haalt een laborant er met een pipet één, maar meestal twee cellen vanaf. In die cellen wordt met DNA-technieken bepaald of het betreffende ziekmakende gen er aanwezig is. Als de geneticus het ziekmakende gen vindt, vernietigt hij het embryo. Alleen embryo's die het aangedane gen niet in zich dragen, worden naar de baarmoeder van de aanstaande moeder getransplanteerd. Als dat leidt tot een zwangerschap heeft het kind niet de ziekte die in de familie heerst. PGD is in Groot-Brittannië ontwikkeld.

Ook de screening van IVF-embryo's begint met het verwijderen van één of twee cellen van het achtcellig embryo. Om de chromosomen zichtbaar te maken wordt daarna de FISH techniek gebruikt. FISH staat voor fluorescent in situ hybridisation. Als promovendus van de Maastrichtse hoogleraar celbiologie en genetica dr. Joep Geraedts verbeterde dr. Edith Coonen de techniek zodat een embryocel binnen enkele uren kan worden onderzocht, met een betrouwbaarheid van 98%. Bij FISH wordt een stukje DNA met een basenvolgorde van het chromosoom waarnaar wordt gezocht gekoppeld aan een fluorescerend label. Dit label wordt bij de te onderzoeken cellen gevoegd waarna het bindt (hybridiseert) aan DNA van het gezochte chromosoom. Onder de microscoop bekeken zijn dan oplichtende puntjes van de fluorescerende labels te zien. Het aantal puntjes verraadt het aantal aanwezige exemplaren van het gezochte chromosoom.

Embryoselectie gebeurt op het ogenblik `op het oog': op grond van de groeisnelheid en het `uiterlijk' van een embryo beslist een embryoloog of een embryo geschikt is voor transplantatie bij de moeder. Ook is kort na de bevruchting van een eicel te zien of er een driedubbel pakket chromosomen in plaats van het dubbele pakket aanwezig is. Dat komt meestal doordat twee spermacellen kans hebben gezien de eicel te bevruchten. Maar de FISH-techniek, of andere nog in ontwikkeling zijnde technieken, zal er aan te pas moeten komen om subtielere chromosoomafwijkingen zichtbaar te maken.

Screening

Klinisch genetici, embryologen en gynaecologen van de Erasmusuniversiteit in Rotterdam beginnen dit jaar met het eerste deel van een onderzoek naar de mogelijkheid van screening van alle IVF-embryo's op chromosoomafwijkingen. Als die screening ooit praktijk wordt leidt dat tot een veelvoud van het tot nu toe toegepaste embryo-onderzoek, want de 3.000 IVF-kinderen die in Nederland worden geboren, ontstaan uit ongeveer 15.000 teruggeplaatste embryo's. Embryoselectie ter voorkoming van erfelijke ziekten, zoals dat nu in Maastricht wordt uitgevoerd, is daarbij vergeleken bescheiden van omvang. In Maastricht zijn tot nu toe 60 PGD-behandelingen uitgevoerd, met als resultaat 20 gezonde kinderen.

De Rotterdamse onderzoekers beginnen, in navolging van een aantal buitenlandse groepen, stapsgewijs met hun onderzoek naar de mogelijkheid van embryoscreening. In de eerste fase oefenen ze de diagnostische techniek op onbevruchte eicellen en op slecht groeiende en overgeschoten, gedoneerde embryo's. De onderzoekers gaan in twee weggenomen cellen van achtcellige embryo's na of 10 van de 24 bij mensen voorkomende chromosomen in het juiste aantal aanwezig zijn. ``We doen tien chromosomen omdat dat het maximum is dat we met de nu beschikbare en betrouwbare FISH-techniek in een dag tijd kunnen onderzoeken,'' vertelt de klinisch embryoloog dr. Elena Martini die in Rotterdam het onderzoek uitvoert in de groep van gynaecologiehoogleraar dr. Bart Fauser. De screening moet binnen een dag worden uitgevoerd omdat het drie dagen oude embryo waar de cellen van af worden gehaald uiterlijk twee dagen later moet worden geïmplanteerd.

Martini en ook Geraedts benadrukken dat er nog veel onderzoek nodig is voordat chromosoomscreening van alle IVF-embryo's dagelijkse praktijk wordt. Geraedts: ``Een van de belangrijkste kwesties is dat het niet zeker is of iedere chromosoomafwijking die we in een of twee weggenomen cellen van een embryo vinden ook werkelijk tot een miskraam of handicap leidt. Er zijn aanwijzingen dat in heel veel achtcellige embryo's een paar cellen chromosoomafwijkingen hebben, maar dat de andere cellen goed zijn. Dit mozaïcisme komt wellicht vaker voor dan we denken. Er zijn ook aanwijzingen dat een embryo cellen met chromosoomafwijkingen wegwerkt. Dat verloopt wellicht via geprogrammeerde celdood, apoptose. We weten dat dat in embryo's plaatsvindt. Wij gaan nu onderzoeken of die apoptose ook, of vooral de cellen met chromosomale afwijkingen betreft. Dat zou betekenen dat er een herstelmechanisme bestaat dat veel afwijkingen die bij de eerste celdelingen ontstaan weer corrigeert.''

Voortplantingstechniekethicus dr. Guido de Wert, verbonden aan de universiteiten van Maastricht en Rotterdam, noemde twee jaar geleden in zijn proefschrift `Met het oog op de toekomst' het verdwijnend mozaïcisme in embryo's een van de belangrijkste technische onderzoeksvragen bij het screenen van IVF-embryo`s. De Wert wil ook eerst duidelijkheid over de vraag of het achtcellig embryo schade ondervindt van het wegpeuteren van één of twee cellen (bij dieren is dat geen probleem) en over de effectiviteit van de hele procedure. Hoe vaak geeft de screening een onduidelijke uitslag? En gaat het succespercentage van IVF wel omhoog als de embryo's vooraf worden gescreend? Bij het eerste screeningsexperiment, in Chicago, vonden de onderzoekers chromosoomafwijkingen bij 40% van de ruim 2000 onderzochte embryo's. Van de gescreende geïmplanteerde embryo's leidde 21 procent tot een zwangerschap. Dat was hoger dan het gemiddelde IVF-succespercentage van 16 in de kliniek in Chicago.

Maar De Wert wierp niet alleen technische vragen op. Hij stelde ook het doel van de screening van IVF-embryo's ter discussie. Is de screening uitsluitend bedoeld om het succespercentage van IVF te verhogen? Of is het vooral de bedoeling om geen gehandicapte IVF-kinderen ter wereld te brengen?

Het lijkt een futiel verschil, want zowel de meeste miskramen als veel handicaps worden door een driemaal (trisomie) voorkomen van één van de chromosomen veroorzaakt.

Chromosoom 16

Een trisomie van chromosoom 16 is bijvoorbeeld de meest voorkomende trisomie in foetussen die na een miskraam worden onderzocht. Geraedts: ``Maar er is nog nooit een kind met trisomie 16 levend geboren. Een embryo met trisomie 16 kan zich innestelen en even groeien, maar de afwijking is uiteindelijk niet met het leven verenigbaar.'' Een trisomie van het grootste chromosoom, nummer 1, is zelfs nog nooit in miskraamweefsel gevonden, maar IVF-onderzoekers hebben de afwijking wel vastegesteld bij IVF-embryo's.

Een trisomie kan dodelijk zijn omdat ieder chromosoom 2 tot 10% van de 30.000 genen van de mens bevat. De hoeveelheid eiwit die veel van deze genen produceren is van cruciaal belang voor de embryonale ontwikkeling. Als van een gen geen twee kopieën aan het werk gaan (wat normaal is) maar drie (vanwege een trisomie) kan de groei zo in de war raken dat een foetus verloren gaat. Geraedts: ``Embryo's met trisomie 1 nestelen waarschijnlijk niet in.''

De trisomie die het best met het leven verenigbaar is, de trisomie 21 die het syndroom van Down veroorzaakt, leidt overigens bij 80% van de trisomie-21-embryo's tot een miskraam. Geraedts: ``Je kunt rustig zeggen dat een levend kind met trisomie 21 door het oog van de naald is gekropen.''

Trisomie 21 is aanwezig bij 1 op de 800 geboren kinderen. Trisomie 18 treft veel minder, ongeveer 1 op de 10.000 kinderen. De patiëntjes hebben ernstige groeiachterstand, een karakteristiek driehoekig gezicht, meestal hartafwijkingen en andere orgaandefecten en blijven meestal niet langer dan een paar maanden in leven. Bij trisomie 13 (1 op de 25.000 geboorten) eindigt 98% van de zwangerschappen al in een miskraam of doodgeboren kind. Kinderen die met die trisomie worden geboren hebben ernstige hersenafwijkingen en sterven meestal kort na de geboorte.

Turnersyndroom

De afwijkingen aan de geslachtschromosomen zijn beter met het leven verenigbaar. Vrouwen met het Turnersyndroom hebben slechts één X-chromosoom en zijn klein en onvruchtbaar. Meer dan 95% van de embryo's met één X-chromosoom eindigt als miskraam. Ook van de embryo's met een extra geslachtschromosoom (XXX, XXY of XYY) gaat de helft door een miskraam verloren gaat, maar de vrouwen (XXX) en mannen (XXY en XYY) die ermee worden geboren hebben vaak nergens last van.

De Wert merkte in zijn proefschrift op dat de keus van het te testen pakket chromosomen een ethische kwestie is. Wordt bij de screening naar afwijkingen van chromosoom 21, 18, 13 en naar de geslachtschromosomen X en Y gekeken, dan is dat vooral een test om de geboorte van gehandicapte kinderen te voorkomen. Meer dan 95% van de aangeboren syndromen door chromosoomafwijkingen worden door die drie chromosomen en de geslachtschromosomen veroorzaakt. Kijken de screeners echter naar 1, 16 en 22, dan verhoogt de screening vooral de effectiviteit van IVF omdat afwijkingen aan die chromosomen altijd eindigen in een miskraam, als het embryo de overtollige chromosomen tenminste niet zelf weet weg te werken.

Het onderzoekprotocol in Rotterdam gaat de keus voorlopig uit de weg en formuleert een ander doel. Martini, die het onderzoek in Rotterdam gaat leiden: ``Wij gaan in de eerste fase testen op chromosoom 1, 13, 15, 16, 17, 18, 21, 22, X en Y. Ons belangrijkste doel is om de zorg rond de geboorte te verminderen. Als het succespercentage van IVF omhoog gaat kun je namelijk per IVF-cyclus volstaan met het terugplaatsen van één embryo. Nu plaatsen de meeste Nederlandse IVF-labs nog twee, soms drie embryo's terug. Daardoor is eenderde van de IVF-zwangerschappen nog steeds een meerlingzwangerschap. De meerlingen verhogen de kans op vroeggeboorten en andere complicaties. Wij hebben als eerste goedkeuring van de CCMO, een landelijke ethische commissie die al het onderzoek met embryo's moet toetsen.''