Wie KI das Fruchtbarkeitsproblem bei Mann löst

Das Thema männliche Fruchtbarkeit ist in den letzten Jahren vor allem wegen der Debatte über eine geringere Spermienqualität in die Diskussion geraten. Seit den 1970er Jahren beschäftigen sich Forscher mit der Frage: „Was tötet die Spermienzahl?“

Künstliche Intelligenz (KI) beschleunigt die Untersuchung und Bewertung des Problems. Ein Programm namens SpermSearch kann eine Spermiogramm-Diagnose 1000-mal schneller erstellen als ein Embryologe.

Die entscheidende Frage ist jedoch, ob die Zahl der Spermien überhaupt abnimmt. Einigen Studien zufolge geht sie weltweit zurück, während andere behaupten, dass dies nur in bestimmten Regionen der Fall ist.

Angesichts der laufenden Debatte wird es immer dringlicher, eine Lösung zu finden. Hier hilft die moderne Technologie.

Die Debatte über die abnehmende Spermienqualität

In den 1970er Jahren stellten die Ärzte C.M. Kinloch Nelson und Raymond Bunge fest, dass sich mehr Männer in ihrer Klinik in Iowa wegen Unfruchtbarkeit behandeln ließen.

Ihre Untersuchungen zeigten eine Verschlechterung der Spermienqualität im Vergleich zu früheren Studien (Nelson und Bunge, 1974).

Seit 1974 haben sich viele andere Forschungen mit diesem Thema befasst, die jedoch aufgrund unterschiedlicher Faktoren wie Alter, Lebensstil und geografischer Lage nur schwer miteinander verglichen werden können.

Einige groß angelegte Analysen deuten darauf hin, dass die Anzahl der Spermien seit den 1970er Jahren weltweit deutlich gesunken ist, was jedoch unter Wissenschaftlern umstritten ist.

So heißt es zum Beispiel in einem von Auger et al. (2022) veröffentlichten Dokument:

„Alles in allem lassen die verfügbaren Daten nicht den Schluss zu, dass sich die Qualität des menschlichen Spermas global oder in der westlichen Welt verschlechtert, sondern dass ein Trend in einigen konkreten Regionen zu beobachten ist.“

Andererseits weisen die von Levine et al. (2017 und 2022) publizierten Meta-Analysen auf einen Rückgang der Spermienkonzentration um 50 % seit den 1970er Jahren hin, insbesondere in den westlichen Ländern.

Bekämpfung des Rückgangs: die Rolle der Technologie

Angesichts der Besorgnis darüber, wodurch die Spermienzahl sinkt und die Spermienqualität eventuell abnimmt, werden neue Lösungen für Fruchtbarkeitsprobleme immer wichtiger.

Während Experten die Gesundheit der Spermien untersuchen, bietet moderne Technologie innovative Ansätze. SpermSearch, eine Neuerung im Bereich der Fruchtbarkeitshilfe, ist dabei ein Teil des Puzzles.

SpermSearch: KI zur Stärkung der männlichen Fruchtbarkeit

SpermSearch wurde auf der 30. Jahrestagung der European Society of Human Reproduction and Embryology (2023) vorgestellt. Es soll Embryologen bei der Suche und Gewinnung gesunder Spermien aus den Testikeln helfen.

Der Algorithmus gibt Männern Hoffnung, die sich ein biologisches Kind wünschen, aber keine Spermien in ihrem Samen haben.

Dies gilt insbesondere vor dem Hintergrund der zunehmenden Besorgnis über Faktoren, die die Spermienzahl beeinträchtigen könnten.

Etwa 1 % der Männer haben keine Spermien in ihrem Samen, eine schwere Unfruchtbarkeitsbedingung, die als nicht-obstruktive Azoospermie (NOA) bezeichnet wird.

Davon sind 5 % der Paare betroffen, die Hilfe bei der Fertilität suchen. Derzeit wird solchen Patienten ein Teil ihrer Hoden zur Gewinnung von Spermien entfernt.

Diese Spermien werden dann zur Befruchtung der Eizellen des Partners mit Hilfe der ICSI-Behandlung (Intrazytoplasmatische Spermieninjektion) verwendet.

Das Aufspüren von Spermien im Gewebe kann bis zu sechs Stunden dauern. Das macht es Embryologen schwer, weil sie bei der Jagd nach Kontaminationen durch andere Zellen und Partikel schnell erschöpft sind.

SpermSearch erkennt jedoch schnell mögliche Spermien, was die Aufgabe beschleunigt und präzisiert. In Versuchen fand die KI Spermien viel schneller als Experten und hatte eine um 5 % höhere Trefferquote.

Die Methodik

Das Team trainierte die KI mit maschinellem Lernen anhand von Tausenden von Mikroskopbildern, hauptsächlich von Spermien. So konnte die KI das Erkennen von Spermien selbständig erlernen.

Die Forscher verwendeten dann Sperma und Gewebe von sieben Männern zwischen 36 und 55 Jahren. Bei ihnen allen war NOA diagnostiziert worden, weshalb sie sich einem operativen Eingriff zur Gewinnung von Spermien unterzogen hatten.

Sie stellten unbenutzte Gewebeproben aus ihrer Behandlung für die Studie zur Verfügung.

Das Team testete die KI und einen Embryologen gleichzeitig, wobei die Genauigkeit des Embryologen als perfekt angenommen wurde. Sie prüften, wie schnell und präzise beide Parteien Spermien identifizieren konnten.

Während der Embryologe 560 Spermien erkannte, entdeckte die KI 611. Zusammen fanden sie 688 Spermien.

Erstaunlicherweise identifizierte der Algorithmus die Spermien für jeden Bereich des Tröpfchens, den er betrachtete, in weniger als einem Tausendstel der Zeit, die ein Embryologe benötigte.

Außerdem war die KI präziser: Sie fand 50 zusätzliche Spermien und war in jedem Probenbereich 5 % genauer als der Embryologe.

Der Hauptautor, der Doktorand Dale Goss, sagte: „Dieses Instrument kann Patienten mit sehr geringen Chancen auf die Zeugung ihrer biologischen Kinder eine größere Hoffnung geben.“

„Der Algorithmus verbessert veraltete Ansätze, die seit Jahrzehnten nicht mehr angepasst wurden. Er wird die schnelle Identifizierung von Spermien in Proben sicherstellen, was nicht nur die Chance eines Paares auf biologische Kinder erhöht, sondern auch die Belastung der Spermien verringert und die Effizienz im Labor steigert.“

Wie KI die Spermienzahl und weitere Themen im Gesundheitswesen angeht

Der Rückgang der Spermienqualität und andere gesundheitliche Probleme machen deutlich, dass neue Lösungen gefragt sind.

Während Experten versuchen zu verstehen, was die Spermienzahl und die allgemeine Spermiengesundheit beeinträchtigt, bietet die Technologie Anlass zur Hoffnung, da die künstliche Intelligenz einen entscheidenden Beitrag im Gesundheitswesen leistet.

Sie hilft bei Fruchtbarkeitsproblemen, beschleunigt die Arzneimittelforschung, verbessert die Krebsbehandlung und unterstützt Ärzte.

Ein herausragendes Beispiel ist die Arbeit von IBM und der Universität Oxford, die mithilfe von KI antivirale Medikamente in wesentlich kürzerer Zeit als in dem üblichen 12-jährigen Prozess entwickelt haben.

Allerdings bestehen auch Bedenken in Bezug auf die Rechte an geistigem Eigentum und die Arzneimittelsicherheit.

Krebs ist ein weiterer Bereich, in dem KI eine Rolle spielt. Das ist ein schwieriges Unterfangen, denn es handelt sich nicht nur um eine einzige Krankheit.

KI hilft bei der Diagnose, der Behandlung und der Überwachung der Patienten nach der Therapie. Ethische Erwägungen, einschließlich Datenqualität, Datenschutz und Einwilligung, bleiben von höchster Bedeutung.

Tools wie ChatGPT kommen ebenfalls im Gesundheitswesen zum Einsatz. Sie unterstützen Ärzte bei ihrer Arbeit, erleichtern das Gespräch mit Patienten und helfen bei der Forschung.

Allerdings muss die medizinische Gemeinschaft diesen Tools vertrauen können. Es muss also gewährleistet sein, dass sie korrekt, fair und sicher funktionieren.

Fazit

Auf der Suche nach der Ursache für den Rückgang der Spermienzahl haben Forscher unterschiedliche Ergebnisse vorgelegt, so dass das Thema immer wieder diskutiert wird.

Obwohl Aspekte wie unsere Umgebung, Lebensweise und Gesundheit eine Rolle spielen, gibt es noch keine eindeutige Antwort.