Kryokonservierung von Bullensperma in kleinen Volumina

Abstract

Bislang wurden Bullen in der Milchrinderzucht anhand des Töchterleistungsvergleiches bewertet, was zur Folge hatte, dass die Zuchtwertschätzung erst nach fünf Jahren vorlag (REENTS UND REINHARDT, 2007). Durch die 2010 eingeführte genomische Zuchtwertschätzung werden Bullenkälber bereits in den ersten Lebensmonaten geprüft und die erfolgreichen Bullen ab einem Alter von 12 Monaten zur Spermaproduktion von den Besamungsstationen eingesetzt. Zu bedenken ist dabei, dass Jungbullen unter 2 Jahren lediglich ein durchschnittliches Ejakulatvolumen von 2-4 ml aufweisen und die Spermienkonzentration deutlich unter der von Altbullen liegt. Es müssen daher entweder mehr Jungbullen zum Einsatz kommen oder die Besamungsportionen müssen in ihrer Spermienkon-zentration reduziert werden. Eine am Institut für Nutztiergenetik Mariensee ent-wickelte Methode, der Sperm-Intra-Fallopian-Transfer (SIFT®), ermöglicht es, minimal dosierte Spermaportionen unchirurgisch in den Eileiter zu übertragen (GROSSFELD ET AL., 2011B). Ein wesentlicher Vorteil dieser Methode ist die Re-duzierung des Besamungsvolumens unter Beibehaltung des Volu-men/Mengenverhältnisses. Zielsetzung dieser Arbeit war es, eine in Volumen und Spermienzahl reduzierte Spermaportion neu zu konfektionieren und ein angepasstes Kühl- sowie Gefrierprotokoll zu entwickeln. Hierbei sollten vergleichbare Auftauqualitäten wie in einer üblichen Besamungsportion erreicht werden. Die Qualität des Spermas wurde dabei sowohl unter Laborbedingungen als auch in Testbesamungen an zufällig ausgewählten Färsen und Kühen evaluiert. In ersten Screeningversuchen wurde zunächst ein Tiefgefrierverfahren für gering dosierte Verpackungssysteme (Nanostraw) mit einem Volumen bis 50 µl entwickelt. Dabei sollten vergleichbare Auftauqualitäten üblicher Besamungs-portionen erreicht werden. Es wurden sechs verschiedene Kühlkurven (A-D, D+ und E) entwickelt. Dabei zeigte sich, dass aufgrund der Stickstoff-volumeneinströme ein Haltepunkt bei -8°C in keiner der Einfrierkurven für kleine Volumina zu etablieren war. Dies ist u.a. auf die bauartbedingten Vorgaben des verwendeten Einfrierautomaten zurückzuführen. Ebenso wurde der Zusatz von 7,5% Glyzerin im Verdünner bei dem Gefrierprotokoll D+ aufgrund der Datenlage des Vorversuchs für den Hauptversuch verworfen. Die Proben wurden bullenindividuell erhoben, zur besseren statistischen Absicherung jedoch für die Auswertung zusammengefasst. Aus den Screeningversuchen erschien das Kryokonservierungsprotokoll D+ für den Nanostraw unter Laborbedingungen am geeignetsten und wurde im Thermoresistenztest, der den Bedingungen im Hinblick auf die Temperatur im Uterus bzw. Eileiter ähnlich ist, getestet. Weiterhin fand ein Vergleich der spermatologischen Qualitätsparameter nach dem Auftauen zwischen der Kontroll- und der Nanostrawgruppe mit der Kühlkurve D+ im Thermoresistenztest statt. Im praktischen Teil der Arbeit wurde die Methode SIFT® zunächst anhand eines Versuchs mit geschlechtsdifferenziertem Frischsamen praktiziert. Dabei wurden 20 Färsen mittelseiner Prid®α 1, 55g Progesteron-Spirale und zehn Kühe mit einem Ovsynch Programm synchronisiert. In einem weiteren Besamungsversuch konnte das Sperma aus den Nanostraws verwendet werden, das vorher kryokonserviert worden ist. Es wurden nur spontan brünstige Färsen und Kühe in den Eileiter besamt. Die Untersuchungen führten zu folgenden Ergebnissen: 1) In den Screeningversuchen zeigte sich, dass der Anteil motiler Spermien signifikant (p≤0,05) abhängig von der Gefriergeschwindigkeit der Kühlkurve war. Der höchste Anteil motiler Spermien aus dem Nanostraw war in Kühlkurve D+ mit einem Anteil von 52,9% zu verzeichnen. Eine signifikante Zunahme des Anteils membranintakter Spermien von Kurve A zu B und D zu D+ war zu beobachten. Die Hälfte der Nanostrawspermien zeigten in der Kühlkurve D+ eine intakte Membranintegrität. Die Kontrollspermien lagen bei 56,9%. In Kurve D+ zeigten 66,6% der Spermien aus dem Nanostraw keine morphologischen Veränderungen, in der Kontrollgruppe waren dies 75,4%. Die Änderung der Glyzerinkonzentration im Verdünnungsmedium zeigte keine signifikante Verbesserung der Spermaqualitätsparameter nach dem Auftauen. 2) Im Thermoresistenztest erreichten die Spermien aus dem Nanostraw in allen gemessenen Parametern die Mindestanforderungen an die Spermaqualität nach Rath et al. (2009). So belief sich der Anteil membranintakter Spermien aus dem Nanostraw nach dreistündiger Inkubation bei 37°C auf 56,4%, die Kontrollstrawspermien lagen bei einem Anteil von 67,2%. Dabei zeigte der Faktor Bulle einen signifikanten Effekt (p≤0,01) auf den Anteil motiler und progressiver Spermien sowie den Anteil PI-negativer Spermien. Mögliche Effekte des Bullen auf die Qualität und Befruchtungsfähigkeit der Spermien nach dem Auftauen zeigten andere Versuchsanstellungen und Forschungshypothesen (JANUSKAUSKAS ET AL., 1996, KATHIRAVAN ET AL., 2011). 3) In dem ersten Besamungsversuch wurden 20 Färsen und zehn Kühen geschlechtsdifferenziertes Sperma mit der Methode SIFT® in den Eileiter über-tragen. 37,5% der Färsen und 33% der Kühe wurden tragend. Dabei konnte ein bullenindividueller dosisabhängiger Effekt festgestellt werden. 50% der Kühe, die mit 500.000 Samenzellen inseminiert wurden und 16% der Kühe, die mit 250.000 Samenzellen besamt wurden, wurden tragend. 4) Im Besamungsversuch mit dem kryokonservierten Sperma aus dem Na-nostraw wurden sechs spontan brünstige Rinder mittels SIFT®-Spermien in den Eileiter übertragen. Alle Tiere wurden als Kälber für die Follikelpunktion in einem anderen Versuch verwendet. Fünf Tiere wurden mit dem Bullen A besamt. 40% der Tiere wurden tragend. Lediglich ein Tier wurde mit dem Bullen B besamt. Das Trächtigkeitsergebnis war negativ. Die Kühe wurden mit dem Bullen A besamt, dieser erzielte eine Trächtigkeitsrate von 33%.