The Embryo Project Encyclopedia

Die Implantation ist ein Prozess, bei dem ein sich entwickelnder Embryo, der sich als Blastozyste durch die Gebärmutter bewegt, Kontakt mit der Gebärmutterwand aufnimmt und bis zur Geburt an ihr haften bleibt. Die Gebärmutterschleimhaut (Endometrium) bereitet sich durch zahlreiche innere Veränderungen auf die Einnistung der sich entwickelnden Blastozyste vor. Ohne diese Veränderungen kommt es nicht zur Einnistung, und der Embryo wird während der Menstruation abgestoßen. Eine solche Einnistung gibt es nur bei Säugetieren, aber nicht bei allen Säugetieren ist sie möglich. Bei den Säugetieren, bei denen es zu einer Einnistung kommt, unterscheidet sich der Prozess in vielerlei Hinsicht zwischen den Säugetieren, bei denen die Weibchen Östruszyklen haben, und den Säugetieren, bei denen die Weibchen Menstruationszyklen haben. Die Weibchen der verschiedenen Primatenarten, einschließlich des Menschen, haben Menstruationszyklen und damit ähnliche Einnistungsprozesse.

Bevor die Embryogenese beginnt, setzt der Eierstock eine unbefruchtete Eizelle frei, die so genannte Oozyte, die dann in den Eileiter wandert. Die Eizelle ist von einer extrazellulären Matrix, der Zona pellucida, umhüllt. Spermien können die Eizelle in der Zona pellucida (ZP) befruchten, die verhindert, dass die befruchtete Eizelle, die so genannte Zygote, an der Wand des Eileiters haften bleibt. Wenn sich die Zygote an einem anderen Ort als der Gebärmutter einnistet, kommt es zu einer ektopischen Schwangerschaft. Dieser Zustand verhindert die vollständige Entwicklung des Embryos und kann zu tödlichen Blutungen bei der schwangeren Frau führen.

Die Zygote durchläuft auf ihrem Weg durch den Eileiter mehrere Zellteilungsrunden, die sogenannte Spaltung. Bei diesen Zellteilungen entstehen die innere Zellmasse (ICM), die zum Embryo wird, und der Trophoblast, der die ICM umgibt und mit dem mütterlichen Gewebe interagiert. Die ICM und der Trophoblast zusammen werden als Blastozyste bezeichnet. Eine Blastozyste nistet sich erfolgreich in der Gebärmutter ein, wenn der ZP beim Austritt aus dem Eileiter den ZP verlässt und sich an die Gebärmutterschleimhaut bindet.

Die Gebärmutterschleimhaut ist eine der wenigen Oberflächen der Gebärmutter, an der sich eine Blastozyste nicht immer einnisten kann. Die Eigenschaften des Endometriums ändern sich, und nur in einem kurzen Zeitfenster kann sich die Blastozyste auf dem Gewebe einnisten. Beim Menschen umfasst dieses Fenster die Tage sechs bis zehn nach dem Eisprung. Unmittelbar vor dem Eisprung beginnt die Gebärmutterschleimhaut als Reaktion auf die Östrogenausschüttung der Eierstöcke, sich zu verdicken und zu erweitern. Während der Embryo durch die Eileiter wandert, vermehrt sich die Gebärmutterschleimhaut, verändert ihre Form, wird empfänglich für die Einnistung und schafft eine günstige Umgebung für den Embryo. Durch die Freisetzung von Progesteron aus den Eierstöcken wird eine Reihe von Veränderungen ausgelöst, die als Dezidualisierung bezeichnet werden. Zur Dezidualisierung gehört die Ansammlung weißer Blutkörperchen um die endometrialen Arteriolen, d. h. die Blutgefäße, die von den Arterien zu den Kapillarbetten führen. Während sich dieses Gefäßsystem bildet, sammelt sich im wachsenden Bindegewebe der Gebärmutter ein Molekül an, das Energie speichert: Glykogen. Außerdem schwillt die Gebärmutterschleimhaut an, da sich in ihr interstitielle Flüssigkeit ansammelt. Das mit Zwischenzellflüssigkeit, Blutgefäßen und Nährstoffen geschwollene Endometrium bietet eine günstige Umgebung für die Embryogenese.

Während sich die Blastozyste durch die Gebärmutter bewegt, richtet sie sich so aus, dass die innere Zellmasse an die Gebärmutterwand angrenzt und der Trophoblast mit der Gebärmutterschleimhaut in Kontakt kommt. Die Position der inneren Zellmasse im Verhältnis zur Gebärmutterschleimhaut legt die Kopf-Schwanz-Achse oder Dorsal-Ventral-Achse des Embryos fest, wobei die dorsale Seite des Embryos der Gebärmutterwand zugewandt ist. Dies ist das erste embryonale Ereignis, das die Organisation des zukünftigen Körpers bestimmt.

Die erfolgreiche Einnistung hängt von der Bindung der Blastozyste an die Gebärmutterschleimhaut ab. Es gibt viele Moleküle, von denen man annimmt, dass sie diese Interaktion diktieren, aber Integrine, eine Art von Zelladhäsionsmolekülen, wurden als eine der Hauptkomponenten identifiziert. Integrine breiten sich in der Gebärmutterschleimhaut und auf der Oberfläche der Blastula aus. Integrine haben zahlreiche Funktionen in fast allen Gewebetypen und spielen eine Rolle bei der Zelladhäsion, der Übermittlung von Informationen über die extrazelluläre Umgebung an den Zellkern und der Modulation der lokalen Immunantwort. Unmittelbar nach der Einnistung tragen die Integrine zur Regulierung der Genexpression im Embryo bei. Ärzte suchen auch nach hohen Konzentrationen von Integrinen, wenn sie bei der assistierten Reproduktionstherapie (ART) nach Bereichen der Gebärmutter suchen, die für eine Einnistung empfänglich sind, und sie nutzen das Fehlen solcher Konzentrationen, um Frauen zu identifizieren, die möglicherweise unfruchtbar sind.

Trotz des Kontakts zwischen der Blastozyste und der Gebärmutterschleimhaut kann die Einnistung fehlschlagen. Es gibt viele mögliche Ursachen für Fehler. Wenn die Einnistung ausbleibt, baut sich die Gebärmutterschleimhaut ab und wird zusammen mit der Blastozyste im Rahmen des Menstruationszyklus abgestoßen. Wenn sich jedoch eine Blastozyste einnistet, verbleibt die Gebärmutterschleimhaut in der Gebärmutter und bildet zusammen mit dem Gebärmuttergewebe den mütterlichen Teil der Plazenta, die sogenannte Deziduas.

Wenn die Blastozyste an der Gebärmutterwand anhaftet, sondert der Trophoblast Enzyme ab, die die extrazelluläre Matrix des Endometriumgewebes verdauen. Die Trophoblastzellen beginnen dann, zwischen die Endometriumzellen einzudringen und die Blastozyste an der Gebärmutteroberfläche zu befestigen. Weitere Enzymausschüttungen ermöglichen es der Blastozyste, sich tief in die Stromazellen der Gebärmutter einzugraben, die die strukturellen Bestandteile der Gebärmutter bilden. In der Folge teilen sich die Trophoblastenzellen weiter und bilden zwei extraembryonale Membranen. Diese Membranen bilden den fetalen Teil der Plazenta, das Chorion. Zusätzliche Enzyme und Signalfaktoren, die von diesen Membranen ausgeschüttet werden, bauen das Gefäßsystem der Gebärmutter um, damit die fetalen oder embryonalen Blutgefäße mit mütterlichem Blut durchflutet werden. Die Chorionzotten sind die Falten aus Gewebe und Blutgefäßen, die die mütterlichen und fetalen Blutpools miteinander verbinden. Das mütterliche Blut diffundiert in die Zotten und gelangt durch sie in das Gefäßsystem des Fötus. In ähnlicher Weise diffundiert fetales Blut aus den Zotten in das mütterliche Gefäßsystem. Normalerweise vermischen sich fetales und mütterliches Blut nicht, aber die Beziehung zwischen den beiden Kreislaufsystemen ermöglicht den Transfer von Nährstoffen und Sauerstoff zum Fötus oder Embryo sowie von Kohlendioxid und Harnstoff vom Fötus zur Mutter.

Die Einnistung ist zwar ein einzigartiger Fortpflanzungsprozess bei Säugetieren, aber nicht nur bei der Gebärmutter und dem Trophoblasten. In den 1980er Jahren fanden Forscher Ähnlichkeiten zwischen den invasiven Fähigkeiten von Blastozysten und denen von Krebszellen. Dieselben Trophoblastenenzyme, die die Gebärmutterschleimhaut verdauen, werden auch von Tumorzellen verwendet, um in das Gewebe des gesamten Körpers einzudringen. Tumorzellen nutzen dieselben Wachstumsfaktoren wie der Trophoblast, um mütterliche Blutgefäße anzuziehen, die dann mit dem Chorion interagieren und die expandierende Masse mit Nährstoffen versorgen. Darüber hinaus stehen die Veränderungen im Endometrium während der Dezidualisierung, wie Schwellungen, die Anhäufung weißer Blutkörperchen und die allgemeine Aktivierung des mütterlichen Immunsystems, im Einklang mit einer Reaktion auf die Anwesenheit von Krankheitserregern oder Tumoren.