Vrijwaring van vruchtbaarheid bij prepuberale jongens die een kankerbehandeling ondergaan

Maxime Vermeulen, Francesca de Michele, Federico del Vento, Jonathan Poels, Christine Wyns

Dankzij de betere kankerbehandelingen zal nu meer dan 80% van de kinderen met kanker de ziekte overleven. Sommige van die behandelingen kunnen echter gonadotoxisch zijn en tot onvruchtbaarheid leiden. Cryopreservatie van sperma is een goede manier om de vruchtbaarheid bij mannen te vrijwaren, maar bij prepuberale jongens is dat niet mogelijk. Om de vruchtbaarheid van die jonge patiënten te behouden, bieden steeds meer centra voor medisch begeleide voortplanting nu de mogelijkheid tot cryopreservatie van onrijp testisweefsel, dat later kan worden gebruikt om de spermatogenese weer op gang te brengen.

Vanuit psychologisch oogpunt is het belangrijk dat die patiënten en hun ouders ervan op de hoogte worden gebracht dat de behandelingen de vruchtbaarheid in het gedrang kunnen brengen. Momenteel is er geen enkele garantie dat die vruchtbaarheid zal kunnen worden hersteld, maar de resultaten van onderzoeken met onrijp testisweefsel van dieren en van mensen zijn hoopgevend en maken het waarschijnlijk dat er in de komende jaren een klinische toepassing zal komen.

Inleiding

Momenteel heeft ongeveer 1 op de 530 volwassenen tussen 20 en 39 jaar kanker overleefd (1). Dankzij de betere behandelingen daalt de mortaliteit van kinderen en adolescenten die door kanker getroffen worden (2). In Europa is de overleving van kinderen met kanker ondertussen hoger dan 80% (3). Hoewel de behandelingen almaar beter werken, kunnen ze onder meer een invloed hebben op de vruchtbaarheid. Net zoals kankercellen delen spermatogonia zich tijdens hun differentiatie immers erg vaak, waardoor ze gevoelig zijn voor cytotoxische stoffen (4). Of de normale spermatogenese zich na een cytotoxische behandeling herstelt, hangt af van hoeveel rustende spermatogonia (type A dark) er overblijven en in welke mate ze zich kunnen omvormen tot actieve spermatogonia op het vlak van celdeling en -differentiatie (type A pale). Vruchtbaarheidsproblemen na een cytotoxische behandeling kunnen ook het gevolg zijn van een beschadiging van de somatische cellen in de testes (5, 6). Tot op heden bestaat er geen enkele behandeling waarvan bewezen is dat ze de schadelijke effecten van chemo- en radiotherapie kan tegengaan, en de gonadotoxische effecten van die behandelingen lijken af te hangen van de gebruikte dosissen en van het synergetische effect van de radiotherapie, maar ook van het type en de combinatie van gebruikte stoffen (7). Aangezien het niet altijd mogelijk is om het behandelingsprotocol met de laagste gonadotoxiciteit te gebruiken zonder dat de curatieve werking van de behandeling in het gedrang komt, is het belangrijk om de patiënten mogelijkheden te bieden om hun vruchtbaarheid te vrijwaren.

Patiënten inlichten over het risico van een gonadotoxisch effect

De onmogelijkheid om zich voort te planten en biologische ouder van een kind te worden, kan een grote weerslag hebben op het psychische welzijn (8). Daarom is het belangrijk om methoden te ontwikkelen waarmee we kankerpatiënten een manier kunnen bieden om hun vruchtbaarheid te vrijwaren. Oncologen lijken steeds meer aandacht te hebben voor die problematiek en wijzen hun patiënten vaker op het belang van een methode om de vruchtbaarheid te vrijwaren (9, 10). Hoewel 93% van de oncologen het belangrijk vindt om prepuberale patiënten te wijzen op de risico’s van hun behandelingen, vindt slechts 36% dat ze naar een vruchtbaarheidsspecialist moeten worden doorverwezen (11). Dat kan verklaard worden door meerdere factoren, waaronder de dringendheid op het moment van de diagnose, de vrees dat de ouders er niet ontvankelijk voor zullen zijn, of simpelweg het feit dat de instelling niet in staat is om een methode aan te bieden die de vruchtbaarheid kan vrijwaren (12). Als we echter patiënten ondervragen die kanker overleefd hebben, geeft een groot deel van hen toe dat ze een groter belang hechten aan het stichten van een gezin, en is minder dan 10% van hen bereid tot adoptie of tot het gebruik van spermacellen die afkomstig zijn van een donor (13). Bovendien kunnen ook mannen die geen kinderen wensen onvruchtbaarheid beschouwen als een verlies van ‘mannelijkheid’.

Hoe kunnen we de vruchtbaarheid vrijwaren?

Een eenvoudige manier om de vruchtbaarheid te vrijwaren bij mannen of adolescenten die een mogelijk gonadotoxische behandeling moeten ondergaan, is cryopreservatie van een sperma­staal. Dat is echter niet mogelijk bij prepuberale jongens bij wie de spermatogenese nog niet op gang gekomen is. Voor die jonge patiënten bestaat de enige optie momenteel uit cryopreservatie van onrijp testisweefsel (ITT, immature testicular tissue) (14-16), in de hoop dat het ooit gebruikt zal kunnen worden om de vruchtbaarheid van de patiënten te herstellen (17). In Europa bieden steeds meer centra de mogelijkheid tot cryopreservatie van ITT voor een kankerbehandeling, maar ook voor benigne bloedziekten die een gonadotoxische behandeling vergen als voorbereiding op een transplantatie met hematopoëtische stamcellen (18).

In 2015 was er al van meer dan 260 jongens tussen 0,8 en 16 jaar oud een fragment van ITT gecryopreserveerd in 7 verschillende centra (18). In de Cliniques Universitaires Saint-Luc wordt de methode toegepast sinds 2005 en kon een strategie worden ontwikkeld (Figuur 1) voor de vrijwaring van de vruchtbaarheid van pre- en peripuberale jongens die niet in staat zijn om een spermastaal te leveren, of die een azoöspermie hebben, of te weinig spermacellen om na ontdooiing leefbare spermacellen te verkrijgen (19).

Om het risico van de anesthesie te beperken, wordt de testisbiopsie tegelijk uitgevoerd onder de algemene anesthesie voor plaatsing van de port-a-cath waarmee de chemotherapie zal worden toegediend. Er wordt minstens 5% van het volledige testisvolume afgenomen (19). Met een protocol voor langzame invriezing van het ITT dat in ons laboratorium is ontwikkeld, is het mogelijk gebleken om de proliferatie en differentiatie van de spermatogonale stamcellen (SSC’s) te herstellen na ontdooiing en transplantatie bij muizen. Dat wijst erop dat de functionaliteit van de SSC’s behouden blijft na cryopreservatie en ontdooiing (14, 20).

Hoe kunnen we de vruchtbaarheid herstellen?

Er worden meerdere manieren onderzocht om de vruchtbaarheid te herstellen aan de hand van ITT. De meest veelbelovende bestaat erin om de SSC’s in vitro te vermeerderen en ze vervolgens te injecteren bij de genezen patiënt. Die techniek is in 1994 al met succes toegepast bij muizen door Brinster (21). Bij apen die gesteriliseerd waren met alkylerende stoffen konden de spermatogenese en de aanmaak van fertiele spermatozoïden hersteld worden na injectie van SSC’s (22). Hoewel die resultaten de hoop doen rijzen dat de techniek ook bij de mens kan worden ontwikkeld en toegepast, zal het belangrijk zijn om na te gaan of de te transplanteren cellen genetisch stabiel zijn.

Bovendien is gebleken dat ongeveer 21% van de patiënten met leukemie een infiltratie van kankercellen in de testes vertoont (23), waardoor de techniek moeilijk toepasbaar is bij patiënten met een hematologische kanker. Daarom probeert een aantal teams nu een methode te ontwikkelen waarmee de kankercellen kunnen worden verwijderd uit de celsuspensies. Tot dusver is decontaminatie met tricellulaire technieken (fluorescence- and magnetic-activated cell sorting) efficiënt gebleken, maar dat blijft onvoldoende aangezien het opnieuw inbrengen van slechts 20 leukemiecellen een terugval kan veroorzaken (24).

Voor niet-hematologische benigne aandoeningen of maligne aandoeningen die niet gemetastaseerd zijn, kan ook de transplantatie van een ITT-fragment overwogen worden. Dat heeft als voordeel dat de structuur en de intracellulaire interacties van het testisweefsel bewaard blijven. Die techniek heeft veelbelovende resultaten opgeleverd in dieronderzoek, waarbij nageslacht werd verkregen aan de hand van gameten die hersteld waren met getransplanteerd ITT (25, 26). Een andere techniek waar momenteel onderzoek naar wordt gedaan is de in-vitrorijping van ITT om spermatozoïden te verkrijgen die kunnen worden gebruikt voor een in-vitrofertilisatie met ICSI. Die heeft het voordeel dat er geen enkel risico bestaat dat er opnieuw kankercellen worden ingebracht.

Bij dieronderzoek heeft in-vitrorijping van spermatogonia geleid tot de geboorte van muisjes na gebruik van gameten die geproduceerd waren met een organotypische kweek (27). Heel onlangs zijn we erin geslaagd om een systeem voor organotypische kweek te ontwikkelen voor humaan ITT, waarmee het mogelijk is om de functie van de leydigcellen te behouden, de rijping van de sertolicellen te induceren en de SSC’s gedurende 139 dagen te behouden (28). Hoewel het aantal SSC’s afnam, zijn deze resultaten de eerste die behaald zijn met menselijk ITT en betekent dat een grote vooruitgang op dit domein. We hopen dat we met aanpassingen aan de samenstelling van het kweekmilieu de afname van de SSC’s kunnen tegengaan en hun differentiatie kunnen bevorderen.

Er worden ook andere methoden bestudeerd, zoals de creatie van een transplanteerbare kunsttestis op basis van gedecellulariseerd testisweefsel (29) en menselijke testiscellen die vooraf geselecteerd zijn om kankercellen te verwijderen.

Conclusie

Cryopreservatie van ITT is momenteel de enige manier om de vruchtbaarheid te vrijwaren bij jonge jongens die een mogelijk steriliserende behandeling moeten ondergaan. Om te voorkomen dat die patiënten boven op hun kankerdiagnose nog een ander psychisch trauma moeten verwerken, is het belangrijk om hen in te lichten over het mogelijke gonadotoxische karakter van de behandeling en hen voor het begin van de behandeling door te sturen naar een vruchtbaarheidsspecialist. Er zijn meerdere methoden ontwikkeld om bij dieren de vruchtbaarheid te herstellen of in-vitrogameten te verkrijgen aan de hand van ITT, waaruit we kunnen afleiden dat het slechts een kwestie van tijd zal zijn voor die technieken in de klinische praktijk kunnen worden toegepast. Dat biedt hoop voor onze jonge patiënten die over 20-30 jaar een kinderwens zullen hebben.

 

Referenties
1. Ward E, DeSantis C, Robbins A, Kohler B, Jemal A. Childhood and adolescent cancer statistics, 2014. CA Cancer J Clin 2014;64:83-103.
2. Smith MA, Altekruse SF, Adamson PC, Reaman GH, Seibel NL. Declining childhood and adolescent cancer mortality. Cancer 2014;120:2497-506.
3. Gatta G, Botta L, Rossi S, et al. Childhood cancer survival in Europe 1999-2007: results of EUROCARE-5--a population-based study. Lancet Oncol 2014;15:35-47.
4 Bucci LR, Meistrich ML. Effects of busulfan on murine spermatogenesis: cytotoxicity, sterility, sperm abnormalities, and dominant lethal mutations. Mutat Res 1987;176:259-68.
5. Bar-Shira Maymon B, Yogev L, Marks A, Hauser R, Botchan A, Yavetz H. Sertoli cell inactivation by cytotoxic damage to the human testis after cancer chemotherapy. Fertil Steril 2004;81:1391-4.
6. Howell SJ, Radford JA, Ryder WD, Shalet SM. Testicular function after cytotoxic chemotherapy: evidence of Leydig cell insufficiency. J Clin Oncol 1999;17:1493-8.
7. Trottmann M, Becker AJ, Stadler T, et al. Semen quality in men with malignant diseases before and after therapy and the role of cryopreservation. Eur Urol 2007;52:355-67.
8. Schover LR. Motivation for parenthood after cancer: a review. J Natl Cancer Inst Monogr 2005;2-5.
9. Adams E, Hill E, Watson E. Fertility preservation in cancer survivors: a national survey of oncologists’ current knowledge, practice and attitudes. Br J Cancer 2013;108:1602-15.
10. Buske D, Sender A, Richter D, Brahler E, Geue K. Patient-physician communication and knowledge regarding fertility issues from German oncologists’ perspective - a quantitative survey. J Cancer Educ 2016;31:115-22.
11. Kohler TS, Kondapalli LA, Shah A, Chan S, Woodruff TK, Brannigan RE. Results from the survey for preservation of adolescent reproduction (SPARE) study: gender disparity in delivery of fertility preservation message to adolescents with cancer. J Assist Reprod Genet 2011;28:269-77.
12. Wyns C, Collienne C, Shenfield F, et al. Fertility preservation in the male pediatric population: factors influencing the decision of parents and children. Hum Reprod 2015;30:2022-30.
13. Schover, LR, Rybicki LA, Martin BA, Bringelsen KA. Having children after cancer. A pilot survey of survivors’ attitudes and experiences. Cancer 1999;86:697-709.
14. Wyns C, Van Langendonckt A, Wese FX, Donnez J, Curaba M. Long-term spermatogonial survival in cryopreserved and xenografted immature human testicular tissue. Hum Reprod 2008;23:2402-14.
15. Curaba M, Poels J, van Langendonckt A, Donnez J, Wyns C. Can prepubertal human testicular tissue be cryopreserved by vitrification? Fertil Steril 2011;95:2123 e2129-2112.
16. Poels J, Van Langendonckt A, Many MC, Wese FX, Wyns C. Vitrification preserves proliferation capacity in human spermatogonia. Hum Reprod 2013;28:578-89.
17. Wyns C, Curaba M, Vanabelle B, Van Langendonckt A, Donnez J. Options for fertility preservation in prepubertal boys. Hum Reprod Update 2010;16:312-28.
18. Picton HM, Wyns C, Anderson RA, et al. A European perspective on testicular tissue cryopreservation for fertility preservation in prepubertal and adolescent boys. Hum Reprod 2015;30:2463-75.
19. Wyns C, Curaba M, Petit S. et al. Management of fertility preservation in prepubertal patients: 5 years’ experience at the Catholic University of Louvain. Hum Reprod 2011;26:737-47.
20. Wyns C, Curaba M, Martinez-Madrid B, Van Langendonckt A, Wese FX, Donnez J. Spermatogonial survival after cryopreservation and short-term orthotopic immature human cryptorchid testicular tissue grafting to immunodeficient mice. Hum Reprod 2007;22:1603-11.
21. Brinster RL, Zimmermann JW. Spermatogenesis following male germ-cell transplantation. Proc Natl Acad Sci U S A 1994;91:11298-302.
22. Hermann BP, Sukhwani M, Winkler F, et al. Spermatogonial stem cell transplantation into rhesus testes regenerates spermatogenesis producing functional sperm. Cell Stem Cell 2012;11:715-26.
23. Kim TH, Hargreaves HK, Chan WC, et al. Sequential testicular biopsies in childhood acute lymphocytic leukemia. Cancer 1986;57:1038-41.
24. Jahnukainen K, Hou M, Petersen C, Setchell B, Soder O. Intratesticular transplantation of testicular cells from leukemic rats causes transmission of leukemia. Cancer Res 2001;61:706-10.
25. Shinohara T, Inoue K, Ogonuki N, et al. Birth of offspring following transplantation of cryopreserved immature testicular pieces and in-vitro microinsemination. Hum Reprod 2002;17:3039-45.
26. Liu Z, Nie YH, Zhang CC, et al. Generation of macaques with sperm derived from juvenile monkey testicular xenografts. Cell Res 2016;26:139-42.
27. Sato T, Katagiri K, Gohbara A, et al. In vitro production of functional sperm in cultured neonatal mouse testes. Nature 2011;471:504-7.
28. de Michele F, Poels J, Weerens L, et al. Preserved seminiferous tubule integrity with spermatogonial survival and induction of Sertoli and Leydig cell maturation after long-term organotypic culture of prepubertal human testicular tissue. Hum Reprod 2017;32:32-45.
29. Baert Y, Stukenborg JB, Landreh M, et al. Derivation and characterization of a cytocompatible scaffold from human testis. Hum Reprod 2015;30:256-67.