Eizellen von einer afrikanischen Löwin  Jennifer Zahmel/Leibniz-IZW
Eizellen von einer afrikanischen Löwin Jennifer Zahmel/Leibniz-IZW

Einem Team aus Wissenschaftler*innen des Berliner Leibniz-Instituts für
Zoo- und Wildtierforschung (Leibniz-IZW) und der Universität Mailand,
Italien, in Kooperation mit dem Givskud Zoo - Zootopia in Dänemark ist es
gelungen, die ersten Embryonen von afrikanischen Löwen aus eingefrorenen
(vitrifizierten) Eizellen zu produzieren.

Für die Vitrifizierung – eine spezielle Methode der Gefrierkonservierung –
werden die Eizellen eines Tieres direkt nach dessen Kastration oder Tod
entnommen und sofort bei -196°C in flüssigem Stickstoff eingefroren. Diese
Technik ermöglicht es, Eizellen von genetisch wertvollen Tieren für
unbegrenzte Zeit zu lagern, um Nachkommen mit Hilfe assistierter
Reproduktionstechniken zu erzeugen. Ziel ist es, diese Methoden weiter zu
verbessern und anzuwenden, um stark gefährdete Katzenarten wie den
asiatischen Löwen vor dem Aussterben zu bewahren. Die aktuelle
wissenschaftliche Arbeit über afrikanische Löwen als Modellart ist ein
wichtiger Schritt in diese Richtung. Die Ergebnisse sind in der
wissenschaftlichen Zeitschrift „Cryobiology“ veröffentlicht.
Löwen-Eizellen gelten aufgrund ihres hohen Fettgehalts als besonders
empfindlich gegenüber Abkühlung, da lipidreiche Eizellen generell langsame
Einfrierprozesse nicht gut überstehen. Durch die ultraschnelle Abkühlung
in einer konzentrierten Lösung aus Gefrierschutzmitteln auf -196°C,
genannt Vitrifikation, wurde in den hier durchgeführten Experimenten
verhindert, dass sich während des Abkühlens in den Zellen Eiskristalle
bildeten, die Zellbestandteile (Organelle) zerstören könnten. Wenn es
funktioniert, dann sind derart eingefrorene Eizellen praktisch unbegrenzt
haltbar, können mit höherer Überlebenswahrscheinlichkeit aufgetaut und
anschließend zur Erzeugung von Nachkommen verwendet werden.
Für ihre Forschung entnahmen die Wissenschaftler*innen Eizellen von vier
afrikanischen Löwinnen aus dem Givskud Zoo - Zootopia, nachdem die Tiere
dort im Rahmen des Populationsmanagements eingeschläfert wurden. Die
Hälfte der Eizellen (60) wurde sofort vor Ort vitrifiziert. Nach
sechstägiger Lagerung in flüssigem Stickstoff wurden die Eizellen erwärmt
und einer In-vitro-Reifung bei 39°C in einem Inkubator für insgesamt 32-34
Stunden unterzogen. Die andere Hälfte (59) wurde als Kontrollgruppe ohne
vorherige Vitrifikation direkt zur Reifung im Reagenzglas (In-Vitro-
Reifung) gebracht. Die reifen Eizellen beider Gruppen wurden mit
tiefgefrorenen und dann aufgetauten Spermien von afrikanischen Löwen
befruchtet. „Nach dem Wiederauftauen der vitrifizierten Eizellen konnten
wir einen hohen Anteil an überlebenden und gereiften Eizellen feststellen.
Fast die Hälfte der Eizellen war gereift, ein ähnlich hoher Anteil wie in
der Kontrollgruppe“, sagt Jennifer Zahmel, Wissenschaftlerin in der
Abteilung für Reproduktionsbiologie am Leibniz-IZW. Aus den vitrifizierten
Eizellen entwickelten sich sieben Embryonen, in der Kontrollgruppe gelang
dies für drei Embryonen. „Unseres Wissens nach wurden bisher noch nie In-
vitro Embryos aus vitrifizierten Eizellen von afrikanischen Löwen oder
einer anderen Wildkatzenart erzeugt. Dies ist das erste Mal“, sagt Martina
Colombo von der Universität Mailand und Gastwissenschaftlerin am Leibniz-
IZW.

In einer kürzlich veröffentlichten Arbeit über Hauskatzen, die in
Zusammenarbeit mit Kolleg*innen der Universität Mailand und der
Veterinärmedizinischen Universität Wien durchgeführt wurde, zeigten die
Reproduktionsbiologinnen des Leibniz-IZW, dass die sofortige Vitrifikation
von Katzen-Eizellen „vor Ort“ die beste Wahl ist, um mehr Keimzellen von
guter Qualität und folglich auch mehr Embryonen nach einer Befruchtung im
Reagenzglas zu erhalten. Diese Arbeit wurde ebenfalls in dem Fachjournal
„Cryobiology“ publiziert. Die Vor-Ort-Vitrifikation ist besonders
nützlich, wenn Proben von Wildtieren in Zoos entnommen werden und in ein
geeignetes Labor transportiert werden sollen. „Der Transport von frischen
Eizellen und Eierstockgewebe über Landesgrenzen hinweg ist oft komplex und
zeitkritisch. Die Vor-Ort-Vitrifikation von Eizellen ermöglicht
stattdessen einen planbaren und sicheren Transport. Die Eizellen können zu
einem späteren Zeitpunkt befruchtet werden, sobald sie in ein geeignetes
Labor transportiert wurden und Spermien eines Männchens zur Verfügung
stehen“, erklärt Zahmel.
Die aktuelle Veröffentlichung zeigt, wie Eizellen von afrikanischen Löwen
für die Bewahrung genetischer Ressourcen erfolgreich gefrierkonserviert,
zur Reifung gebracht und befruchtet werden können. Allerdings entwickelte
sich keiner der Embryonen über das 4-Zell-Stadium hinaus. Die zukünftige
Forschung soll daher klären, welche zellulären Abläufe bei der
Vitrifikation beeinträchtigt werden, um zu verstehen, welche spezifischen
Bedingungen die vitrifizierten Eizellen nach der Erwärmung benötigen.
„Obwohl die Embryonalentwicklung nach gegenwärtigem Stand noch
beeinträchtigt ist, geben unsere Ergebnisse Anlass zur Hoffnung, dass
Wildkatzen-Eizellen in Zukunft schnell und sicher in Biobanken aufbewahrt
werden können", sagt Katarina Jewgenow, Leiterin der Abteilung für
Reproduktionsbiologie am Leibniz-IZW. „Unser Ziel ist es, diese Methoden
anhand von Modellarten wie der Hauskatze und dem afrikanischen Löwen
stetig zu verbessern, um sie eines Tages für die assistierte Reproduktion
gefährdeter Katzenarten wie dem asiatischen Löwen einzusetzen“, fügt
Jewgenow hinzu.
Publikationen

Zahmel J, Jänsch S, Jewgenow K, Sandgreen DM, Simonsen KS, Colombo M (im
Druck; online preprint): Maturation and fertilization of African lion
(Panthera leo) oocytes after vitrification. CRYO BIOL,
https://doi.org/10.1016/j.cryobiol.2020.11.011.

Colombo M, Zahmel J, Binder C, Herbel J, Luvoni GC, Jewgenow K (im Druck;
online preprint): Ovary cold storage and shipment affect oocyte yield and
cleavage rate of cat immature vitrified oocytes. CRYO BIOL,
https://doi.org/10.1016/j.cryobiol.2020.11.003