Fertility Preservation in Female Patients with Breast Cancer - a Current Overview.

Many premenopausal patients who develop breast cancer have not yet completed their family planning, so measures of fertility protection to preserve their fertile potential would be beneficial. Polychemotherapy causes irreversible damage to the ovarian follicles - irrespective of whether in a neoadjuvant or adjuvant setting - and this can sometimes result in permanent infertility. Depending on which cytostatic agents are used and on the age-related ovarian reserve of the woman, gonadotoxic risk must be classified as low, moderate or high. Options of fertility preservation include: a) cryopreservation of fertilised or unfertilised oocytes. After ovarian hyperstimulation, mature oocytes are retrieved by transvaginal follicle aspiration, after which they are cryopreserved, either unfertilised or on completion of IVF or ICSI treatment. During b) cryopreservation of ovarian tissue, about 50% of the ovarian cortex of one ovary is resected with the aid of a laparoscopic procedure and cryopreserved. The application of c) GnRH agonists as a medicinal therapy option is an attempt at endocrine ovarian suppression in order to protect oocytes, granulosa cells and theca cells from the cytotoxic effect of chemotherapy.

Introduction

The survival rate of cancer patients has been steadily rising over the past decades due to optimisation and efficiency of oncological therapy concepts 1 .

Cancer is predominantly a disease of the older person, whereas adolescents and young adults are relatively rarely affected by it. In Germany, currently about 15 000 patients aged between 15 and 39 years are taken ill with cancer each year, with a total of 480 000 new cases 2 . Within this age range of under forties, breast cancer is the one most common form of cancer in Germany, with approx. 2500 new cases each year 2 ,  3 . In the age group of under 45-year-olds, the incidence in Germany from 2011 – 2012 was 120/100 000 4 . Many of these women have not yet completed their family planning, due to, amongst other reasons, the rising age of the women when their first child is born 6 .

In young breast cancer patients, tumour biology commonly shows an aggressive growth pattern and is associated with a poor prognosis 7 . For this reason, polychemotherapy – usually in a neoadjuvant setting – is an important therapy measure, particularly in young patients with breast cancer.

Focus is shifting to the long-term effects of oncological therapy, particularly in the light of the ever later realisation of the desire to have children. Premature ovarian failure (POF) is a common consequence of chemotherapy treatment. This cytotoxicity is reversible in organs with a high cell division rate, such as bone marrow, gastro-intestinal tract or thymus, for example. The ovaries, on the other hand, are damaged by chemotherapy to varying degrees because of their limited number of cells with no potential for replication or regeneration of the follicles 8 ,  9 . This can result in permanent infertility of the affected women, see Tables 1 and 2 .

Table 1  Amenorrhoea rates after chemotherapy in premenopausal patients with breast cancer, overview, taken from 13 .

Age (years)	Chemotherapy	Amenorrhoea rate (%)
A = doxorubicin; C = cyclophosphamide; E = epirubicin; F = 5-fluorouracil; M = methotrexate
> 40	6 × CMF, 6 × FEC, 6 × FAC	> 80 (high risk)
< 40	EC (dose dense)
30 – 39	6 × CMF, 6 × FEC, 6 × FAC	20 – 80 (moderate risk)
> 40	4 × AC
< 30	6 × CMF, 6 × FEC, 6 × FAC	< 20 (low risk)
< 40	4 × AC

Table 2  Amenorrhoea rates after chemotherapy in premenopausal patients with breast cancer, selected studies 14 ,  15 ,  16 .

Chemotherapy	Age (years)	Number of patients	Amenorrhoea rate (%)	Study
EC = epirubicin, cyclophosphamide; Pac = paclitaxel; Doc = docetaxel; TAC = docetaxel, doxorubicin, cyclophosphamide; FAC = 5-fluorouracil, doxorubicin, cyclophosphamide
EC/Pac	mean age: 42	n = 80	46.6	Zhou, 2012
EC/Doc	< 35	n = 166	15	Fornier, 2005
TAC	premenopausal	n = 109	57.7	Martin, 2005
FAC	premenopausal	n = 409	52	Martin, 2005

Premature Ovarian Failure

The effect of cytotoxic therapy on ovaries is explained, amongst other things, by the disturbance of steroid-producing granulosa cells and theca cells, resulting in destruction of the oocytes they enclose 10 . The histological correlate is a loss of follicular structures in the ovaries associated with fibrosis 11 .

The degree of gonadotoxic effect of chemotherapy depends considerably on the substance used and the cumulative dose. Especially anthracyclines or alkylating agents, such as cyclophosphamide, are characterised by a high degree of cytotoxicity, as they do not have cell cycle specificity, unlike other cytostatic agents, and, in particular, have a cytotoxic effect particularly on non-proliferating cells 12 . Based on their gonadal toxicity risk, chemotherapeutic agents may be classified into various risk groups ( Table 1 ) 13 . In each case, the risk of persistent amenorrhoea after completion of chemotherapy is listed. Table 2 shows amenorrhoea rates after chemotherapy, based on the examples of selected studies 14 ,  15 ,  16 .

Cyclophosphamide is the best investigated chemotherapeutic agent and is the most discussed in connection with gonadal toxicity: There is a four-fold higher risk of developing premature ovarian failure as compared with other chemotherapeutic agents 17 . Furthermore, the patientʼs age plays an important role in the development and duration of ovarian failure: older women, who already have a physiological reduction of their primordial follicle pool, have a higher risk of developing infertility; in addition, cyclophosphamide already produces gonadal toxicity at lower doses than would be the case in younger women 18 . Other factors influencing chemotherapy-induced infertility include 19 :

the individual ovarian reserve and pharmacokinetics with regard to metabolism,

total dose,

dose density,

duration of treatment.

A number of studies has dealt with establishing possible biomarkers for predicting chemotherapy-associated amenorrhoea in breast cancer patients 20 ,  21 ,  22 . In a multicentre, randomised study involving 124 premenopausal patients, Ruddy et al. 20 showed that anti-Mullerian hormone (AMH) levels measured before chemotherapy can serve as a biomarker for chemotherapy-associated amenorrhoea. Twelve months after completion of chemotherapy, 82% of the patients had amenorrhoea, with older age being the only significant marker (p = 0.0003). Eighteen months after chemotherapy and with an amenorrhoea rate still at 81%, both older age (OR 1.18, 95% CI 1.04 – 1.34, p = 0.008) and lower pre-chemotherapy AMH levels (OR 0.41, 95% CI 0.18 – 0.95, p = 0.04) were statistically significant predictors of amenorrhoea 20 . An increase of pre-chemotherapy AMH levels by 1 ng/ml would mean a 59% decrease in the risk for developing 18-month amenorrhoea. An increase in age by one year would result in an 18% higher probability of 18-month amenorrhoea 20 .

Tamoxifen, given for the duration of at least five years as endocrine therapy for hormone receptor-positive breast cancer, is not associated with impairment of ovarian function 19 . Nevertheless, an age-related reduction of fertility must be assumed due to the duration of application of tamoxifen with its anti-endocrine effect. Pregnancy should be avoided during this time, if only because of the teratogenic properties of tamoxifen 23 . At the end of anti-endocrine therapy, the majority of the patients is perimenopausal to postmenopausal. For this reason, interruption of tamoxifen therapy may be considered together with the patient after about a two-year administration period in order first to fulfil the desire to have a child and then to complete tamoxifen treatment. This innovative approach is currently the subject of scientific reviews 24 ,  25 .

The potential loss of fertility due to chemotherapy causes devastating emotional stress in many patients 26 , commonly associated with episodes of depression, anxiety, grief, anger, relationship break-ups, and reduced quality of life in general 27 ,  28 . Accordingly, particular importance is attached to preserving ovarian function during and after chemotherapy, both with regard to fertility as well as maintaining healthy bone and cardiovascular systems.

Fertility Preservation Options

In May 2006, the network Ferti PROTEKT was founded in Heidelberg by a group of 40 university fertility physicians. After 10 years, the network now has the status of a registered society and has grown considerably in members. Fertility physicians and biologists of meanwhile over 100 university, as well as non-university, centres in Germany, Austria and Switzerland have combined forces to offer on a nationwide basis fertility preserving measures during chemotherapy and radiation therapy along the lines of uniform recommendations 29 .

Cryopreservation of unfertilised and fertilised oocytes

If there is enough time for ovarian hyperstimulation before planned chemotherapy, mature oocytes can be harvested by transvaginal follicle aspiration. These can then be fertilised by IVF or ICSI treatment and cryopreserved in the pronuclear (2-pronuclear) stage. In Germany, only cryopreservation of fertilised oocytes is legally permitted, while in other countries embryos may also be preserved.

Stimulation can be initiated at any time, irrespective of the patientʼs cycle day (“random start”), and lasts about 14 days 30 . A stimulation protocol using an aromatase inhibitor (AI) in combination with gonadotropin administration has proven successful 31 . This results in lowering plasma oestradiol levels while at the same time inducing oestrogen production from androgens in the granulosa cells. Thus, both effects of the AI may be optimally utilised. On the one hand, measurable oestradiol (E2) levels in the blood are maximally suppressed, while on the other hand ovulation induction is supported 32 . Oktay et al. were able to show that, in the antagonist protocol, stimulation using FSH in combination with letrozole (third-generation AI) as compared with stimulation in the long agonist protocol resulted in a significant reduction of E2 levels (p < 0.001), with an unchanged number of harvested oocytes (p = 0.43) 32 . However, it must be pointed out that stimulation with letrozole is not recommended in every case, but only for hormone receptor-positive tumours. Furthermore, the patients must be informed about the off-label use of this stimulation protocol.

If the patient does not have a partner, then the oocytes are cryopreserved in an unfertilised state. This procedure should fundamentally be offered to every woman – irrespective of whether single, in a stable relationship or married – given the current high rates of separation and divorce. It must be ensured that the respective centre has at its disposal the appropriate possibility of cryopreservation.

With regard to cryopreservation, vitrification has particularly proven itself as an extremely fast process of freezing the oocytes in nitrogen (flash-freezing). With conventional methods, freezing is achieved significantly more slowly over several hours and carries a high level of risk of the formation of ice crystals. Cryopreserved fertilised oocytes have a high vitality of 73 to 95% after vitrification, similar to cryopreserved embryos or sperms, with a pregnancy rate of about 25% 33 ,  34 .

In-vitro maturation

In-vitro maturation (IVM) is a relatively new extracorporeal technique of assisted reproductive medicine, which dispenses with controlled ovarian hyperstimulation, unlike classic IVF/ICSI, and therefore does not result in a delayed start to planned chemotherapy.

This technique involves harvesting immature oocytes from small antral follicles via transvaginal aspiration, if need be after a short stimulation with FSH and/or hCG. A high antral follicle count (AFC) is important here, so this method can only be used in a small subgroup.

This is followed by in-vitro maturation of the oocytes with subsequent fertilisation. In-vitro maturation of the oocytes is usually conducted over a period of 24 hours. There then follows an assessment of the stage of maturity and, if need be, fertilisation by conventional IVF or ICSI. Although accelerated in-vitro maturation could theoretically have negative effects, there has so far been no reports of an increase in malformation rates 36 . Disadvantages of IVM as compared with conventional IVF or ICSI treatment include 36 :

lower implantation and pregnancy rates per treatment cycle per embryo transfer,

higher costs per achieved pregnancy,

technically more difficult needle puncture with longer aspiration time,

increased laboratory costs due to increased work volume,

epigenetic and other foetal risks not entirely clarified.

In-vitro maturation is therefore still an experimental, non-standard procedure which so far almost no laboratory is providing.

Cryopreservation of ovarian tissue

Since its first successful use in Brussels in 2004, cryopreservation of ovarian tissue has established itself worldwide as an effective procedure 27 . Here, the first child was born after orthotopic, autologous transplantation of previously cryopreserved ovarian tissue and after spontaneous conception 39 .

During cryopreservation of ovarian tissue, about 50% of the ovarian cortex of one ovary is resected by laparoscopy, prepared and preserved using cryoprotective agents. Cryopreservation of ovarian tissue is particularly suitable for younger patients, as their ovarian reserve and consequently their follicle density are very high. An upper age limit of between 35 – 37 years is recommended because up to this age range the majority of cases still has a sufficiently high ovarian follicle density. Before the procedure, the hormone status is examined from a blood sample and ultrasound examination of the uterus and the ovaries is performed.

Cryopreservation of ovarian tissue is particularly suitable when there is little time available before starting cytotoxic therapy: Whereas about two weeks must be planned for ovarian hyperstimulation with aspiration and cryopreservation of the oocytes, laparoscopy may be performed a few days before starting chemotherapy. The option of dispensing with hormonal stimulation, combined with a prompt conclusion of fertility protection, makes this method appear promising, especially in the group of breast cancer patients.

In the early days of establishing a method for re-transplantation of ovarian tissue, the attempt was made at heterotopic tissue transplantation, i.e. in the region of the forearm or in the abdominal wall 40 . Meanwhile, orthotopic re-implantation is usually preferred, i.e. in or at the residual ovary or in a peritoneal pocket in the region of the ovarian fossa. Resumption of endocrine function usually occurs within three to six months. Survival time of the tissue varies between a few months and several years 41 ,  42 .

It should be noted that, particularly with breast cancer, there is – at least theoretically – a residual risk of re-induction of the cancer disease by persistent and, after re-implantation, reactivated micrometastases 33 . Particularly in early stages (I, II), re-transplantation of ovarian tissue is regarded as safe – malignant cells have been excluded both in histological as well as immune histological examinations of cryopreserved ovarian tissue 43 ,  44 . In the advanced stage (IV) on the other hand, the risk of reinduction of the cancer by ovarian metastases should at least be considered. In one patient, local recurrence on the side of the diseased breast about one year after re-transplantation of ovarian tissue has been reported. However, metastases were not detected in the ovary itself 45 ,  46 . This innovative procedure has been able to progressively establish itself in recent years and is meanwhile also being offered in Germany at selected centres 27 .

Based on published cases and data submitted by the network Ferti PROTEKT, currently over 90 births worldwide have been documented 47 ,  48 .

With this method, the live-birth rate percentage is 28.4% per patient, with simultaneously higher pregnancy rates 49 . Van der Ven reported a live-birth rate of 25%, with a pregnancy rate of over 30% 50

Drug treatment – GnRH agonists

The rationale behind suppression of germ cell proliferation is to initiate cell cycle arrest with a limited treatment period using GnRH analogues, thus protecting the follicles from the gonadotoxic effect of chemotherapy. This concept is based on the observation that, with inactive gonads at a prepubertal age, fertility is less affected by chemotherapeutic agents than in the reproductive phase of life. At the start of treatment with GnRH agonists there is an initial release of gonadotropins (“flare-up” effect), lasting for about one week, so GnRH analogues should be administered the first time at least one week prior to the start of chemotherapy. Their use is on an off-label basis.

The benefit of GnRH analogues has been the subject of controversy for years. In a Cochrane analysis 52 based on the evaluation of four randomised studies from the years 1987 to 2007, the authors showed that patients profit from the use of GnRH analogues. Increased menstruation (RR 1.90, 95% CI 1.30 – 2.79) and ovulation rates (RR 2.70, 95% CI 1.52 – 4.79) were demonstrated after completion of chemotherapy 52 . A meta-analysis from 2011 53 , which included six studies until 2010, also found a protective effect from GnRH analogues on ovarian function.

POEMS (Prevention of Early Menopause Study), an international Phase 3 study by the Southwest Oncology Group (SWOG), examined the effect of goserelin on ovarian function during chemotherapy involving cyclophosphamide. Between 2004 and 2011, 257 patients were included in the study and followed-up for two years. The use of GnRH analogues was shown to be associated with a lower rate of premature ovarian failure (p = 0.03) in comparison with chemotherapy alone 54 . In addition, disease-free survival (DFS) and overall survival (OS) were examined, each over a period of four years, and shown to have experienced a positive effect from the addition of goserelin (DFS: 89 vs. 78%; OS: 92 vs. 82%, p = 0.05) 54 .

Data obtained from the POEMS trial, however, should be assessed in a very critical light, because problems involving financing and recruiting resulted in a premature stop to the study. Furthermore, an excessively high drop-out rate also interferes with interpretation of the results. The study is therefore regarded as too “under-powered” for a reliable evaluation 55 .

A meta-analysis from the year 2015 by Lambertini et al. 56 looked at 12 randomised studies involving a total of 1231 premenopausal breast cancer patients. Temporary suppression of ovarian function by GnRH analogues was associated with a lower risk of preterm ovarian failure (POF) (OR 0.36, 95% CI 0.23 – 0.57; p < 0.001) 56 .

The PROMISE-GIM6 study is a multicentre, randomised Phase 3 study from 2015 57 . Between 2003 and 2008, 281 patients were included in the study. The premenopausal patients were assigned to either the chemotherapy group (control group) or the chemotherapy + GnRH analogue (triptorelin) group. Primary endpoints were ovarian function, pregnancy rate and disease-free survival. Menstruation rates on completion of chemotherapy were reported to be 72.6% in the chemotherapy + triptorelin arm and 64% in the chemotherapy group (HR 1.28, 95% CI 0.98 – 1.68; p = 0.071). Five-year DFS was reported to be 80.5 and 83.7% for the chemotherapy + triptorelin arm and the chemotherapy group, respectively (HR 1.17, 95% CI 0.72 – 1.92 p = 0.519) 57 . In summary, the study reached the conclusion that GnRH analogues may be assumed to protect ovarian function while not affecting prognosis.

The authors Elgindy and co-workers reached a different result in 2015. In their report 58 , ten randomised controlled studies, published between 1987 and 2015, were identified and assessed. The data of 907 patients were included in the meta-analysis, with 468 women having been additionally treated with a GnRH agonist during chemotherapy. No statistically significant differences were identified between those patients treated additionally with GnRH analogues and those treated with chemotherapy alone (68.4 vs. 59.9%). The patients did not benefit from the administration of GnRH analogues with regard to FSH levels (p = 0.27), nor anti-Mullerian hormone (p = 0.40), nor antral follicular count (p = 0.17) 58 .

In the light of the contradictory statements regarding the efficacy of GnRH analogues, it is important to have a critical and detailed discussion with the patient 5 .

Table 3 provides an overview of the above-mentioned options of fertility preservation.

Table 3  Fertility preservation options in female patients with breast cancer 59 .

Measure	Experimental vs. standard procedure	Ovarian stimulation (OS) required	Delayed start of chemotherapy	Surgical intervention	Preservation of ovarian function (OF)	Available in all centres	Comments
AFC = antral follicle count; CT = chemotherapy; GnRH analogues = gonadotropin-releasing hormone analogues; OF = ovarian function; OS = ovarian stimulation
Cryopreservation of unfertilised oocytes	standard	yes	yes	yes	no	no	Duration of OS: 10 – 14 days
Cryopreservation of fertilised oocytes	standard	yes	yes	yes	no	no	Partner required
In-vitro maturation	experimental	no	no	yes	no	no	High AFC required, high costs, laborious procedure, practically no laboratory is currently offering this procedure
Cryopreservation of ovarian tissue	experimental	no	no	yes	yes	no	Not to be recommended at an advanced tumour stage, risk of micrometastases, no long-term data regarding OF
Ovarian suppression by GnRH analogues	experimental	no	no	no	yes	yes	Simple, favourable therapy, application before and during CT, few long-term data with regard to resumption and preservation of OF

All premenopausal patients who have not completed family planning should be informed about the options of fertility preservation before gonadotoxic chemotherapy.

Depending on tumour stage and tumour biology and possible time interval, the available measures should be discussed with the patient on an individual basis.

The various fertility-preserving measures may be combined.

Ovarian hyperstimulation may be started at any time, regardless of cycle day.

This applies to hormone receptor-positive, as well as hormone receptor-negative breast cancer in equal measure.

GnRH agonists still remain controversial, but should not be withheld from the patient.

Laparoscopic harvesting of ovarian cortex is a promising method which does not delay start of chemotherapy.

Einleitung

Die Überlebensrate von Karzinompatientinnen ist in den vergangenen Jahrzehnten dank stetiger Optimierung und Effizienz onkologischer Therapiekonzepte kontinuierlich gestiegen 1 .

Krebserkrankungen stellen überwiegend eine Erkrankung des älteren Menschen dar, während hingegen Heranwachsende und junge Erwachsene relativ selten davon betroffen sind. In Deutschland erkranken derzeit pro Jahr etwa 15 000 Patienten im Alter zwischen 15 und 39 Jahren an einem Karzinom, bei 480 000 Neuerkrankungen insgesamt 2 . In dieser Altersspanne der unter 40-Jährigen ist das Mammakarzinom mit ca. 2500 Erkrankungen pro Jahr in Deutschland die häufigste Krebserkrankung 2 ,  3 . In der Altersgruppe der unter 45-Jährigen lag die Inzidenz in Deutschland 2011 – 2012 bei 120/100 000 4 . Viele dieser Frauen haben ihre Familienplanung noch nicht abgeschlossen, was unter anderem auf das steigende Alter der Frauen bei der Geburt des 1. Kindes zurückzuführen ist 6 .

Die Tumorbiologie bei jungen Mammakarzinompatientinnen zeigt häufig ein aggressives Wachstumsverhalten und ist mit einer schlechten Prognose assoziiert 7 . Daher stellt die Polychemotherapie gerade bei jungen Patientinnen mit einem Mammakarzinom – meist im neoadjuvanten Setting – eine wichtige Therapiemaßnahme dar.

Die Langzeitfolgen der onkologischen Therapien rücken, insbesondere vor dem Hintergrund der immer späteren Realisierung des Kinderwunsches, in den Fokus. Die prämature Ovarialinsuffizienz („premature ovarian failure“ – POF) ist eine häufige Konsequenz einer Chemotherapiebehandlung. Die Zytotoxizität ist bei Organen mit hoher Zellteilungsrate, wie z. B. Knochenmark, GI-Trakt oder Thymus, reversibel. Die Ovarien hingegen werden aufgrund ihrer begrenzten Zellzahl mit fehlender Replikation und Regeneration der Follikel durch die Chemotherapie in unterschiedlichem Ausmaß geschädigt 8 ,  9 . Dies kann zu einer permanenten Infertilität der betroffenen Frauen führen, siehe Tab. 1 und 2 .

Tab. 1  Amenorrhöraten nach Chemotherapie bei prämenopausalen Patientinnen mit Mammakarzinom, Übersicht, nach 13 .

Alter (Jahre)	Chemotherapie	Amenorrhörate (%)
A = Doxorubicin; C = Cyclophosphamid; E = Epirubicin; F = 5-Fluoruracil; M = Methotrexat
> 40	6 × CMF, 6 × FEC, 6 × FAC	> 80 (hohes Risiko)
< 40	EC (dosisdicht)
30 – 39	6 × CMF, 6 × FEC, 6 × FAC	20 – 80 (mittleres Risiko)
> 40	4 × AC
< 30	6 × CMF, 6 × FEC, 6 × FAC	< 20 (niedriges Risiko)
< 40	4 × AC

Tab. 2  Amenorrhöraten nach Chemotherapie bei prämenopausalen Patientinnen mit Mammakarzinom, ausgewählte Studien 14 ,  15 ,  16 .

Chemotherapie	Alter (Jahre)	Anzahl Patientinnen	Amenorrhörate (%)	Studie
EC = Epirubicin, Cyclophosphamid; Pac = Paclitaxel; Doc = Docetaxel; TAC = Docetaxel, Doxorubicin, Cyclophosphamid; FAC = 5-Fluoruracil, Doxorubicin, Cyclophosphamid
EC/Pac	mittleres Alter: 42	n = 80	46,6	Zhou, 2012
EC/Doc	< 35	n = 166	15	Fornier, 2005
TAC	prämenopausal	n = 109	57,7	Martin, 2005
FAC	prämenopausal	n = 409	52	Martin, 2005

Die Auswirkung einer zytotoxischen Therapie auf die Ovarien wird u. a. durch die Störung der steroidproduzierenden Granulosa- und Thekazellen erklärt, in deren Folge die durch sie umschlossenen Oozyten zugrunde gehen 10 . Histologisches Korrelat ist ein Verlust von Follikelstrukturen in den Ovarien mit Fibrosierungen 11 .

Das Ausmaß der gonadotoxischen Wirkung einer Chemotherapie hängt erheblich von der verwendeten Substanz und der kumulativen Dosis ab. Besonders Anthrazykline oder alkylierende Substanzen wie Cyclophosphamid zeichnen sich durch eine hohe Zytotoxizität aus, da sie im Gegensatz zu anderen Zytostatika keine Zellzyklus-Spezifität aufweisen und besonders auf nicht proliferierende Zellen zytotoxisch wirken 12 . Basierend auf ihrem Gonadotoxizitätsrisiko kann man die Chemotherapeutika in verschiedene Risikogruppen einteilen ( Tab. 1 ) 13 . Angegeben ist jeweils das Risiko für eine fortbestehende Amenorrhö nach abgeschlossener Chemotherapie. Tab. 2 zeigt Amenorrhöraten nach Chemotherapie am Beispiel von ausgewählten Studien 14 ,  15 ,  16 .

Cyclophosphamid ist am besten untersucht und wird am häufigsten in Zusammenhang mit einer Gonadotoxizität diskutiert: Es besteht ein 4-fach höheres Risiko für die Entwicklung einer prämaturen Ovarialinsuffizienz im Vergleich zu anderen Chemotherapeutika 17 . Des Weiteren spielt das Alter der Patientin für die Entwicklung und Dauer der Ovarialinsuffizienz eine wichtige Rolle: Ältere Frauen, die bereits eine physiologische Reduktion ihres Primordialfollikelpools aufweisen, haben ein höheres Risiko für die Entwicklung einer Infertilität; zudem bewirkt Cyclophosphamid bereits in niedrigeren Dosen eine Gonadotoxizität, als es bei jüngeren Frauen der Fall wäre 18 . Weitere Einflussfaktoren auf die chemotherapieinduzierte Infertilität sind 19 :

die individuelle ovarielle Reserve und Pharmakokinetik bez. der Metabolisierung,

die Gesamtdosis,

die Dosisdichte,

die Dauer der Behandlung.

Eine Reihe von Studien hat sich mit der Etablierung möglicher Biomarker zur Prädiktion einer chemotherapieassoziierten Amenorrhö bei Mammakarzinompatientinnen beschäftigt 20  –  22 . Ruddy et al. 20 konnten anhand einer multizentrischen, randomisierten Studie mit 124 prämenopausalen Patientinnen zeigen, dass das vor der Chemotherapie gemessene Anti-Müller-Hormon (AMH) als Biomarker für eine chemotherapieassoziierte Amenorrhö fungieren kann. 12 Monate nach abgeschlossener Chemotherapie hatten 82% der Patientinnen eine Amenorrhö, wobei hier lediglich das höhere Alter als signifikanter Marker zu werten war (p = 0,0003). 18 Monate nach Chemotherapie und bei immer noch 81%iger Amenorrhörate waren sowohl höheres Alter (OR 1,18, 95%-KI 1,04 – 1,34, p = 0,008) als auch ein vor der Chemotherapie niedriger AMH-Spiegel (OR 0,41, 95%-KI 0,18 – 0,95, p = 0,04) ein signifikanter Prädiktor für eine Amenorrhö 20 . Eine Erhöhung des AMH-Wertes vor der Chemotherapie um 1 ng/ml würde eine Risikoreduktion um 59% für die Entwicklung einer 18-monatigen Amenorrhö bedeuten. Eine Erhöhung des Alters um ein Jahr hätte eine 18% höhere Wahrscheinlichkeit für eine 18-monatige Amenorrhö zur Folge 20 .

Tamoxifen, als endokrine Therapie für eine Dauer von mindestens 5 Jahren bei hormonrezeptorpositivem Mammakarzinom, ist mit keiner Beeinträchtigung der ovariellen Funktion assoziiert 19 . Dennoch muss von einer altersbedingten Minderung der Fertilität durch die Dauer der antiendokrin ausgerichteten Tamoxifeneinnahme ausgegangen werden. Eine Schwangerschaft sollte, alleine schon wegen teratogener Eigenschaften von Tamoxifen, während dieser Zeit vermieden werden 23 . Am Ende der antiendokrinen Therapie ist ein Großteil der Patientinnen peri- bis postmenopausal. Aus diesem Grund kann mit der Patientin ein Pausieren der Tamoxifentherapie nach einem etwa 2-jährigen Einnahmeintervall diskutiert werden, um zunächst den Kinderwunsch zu realisieren und nachfolgend die Tamoxifeneinnahme zu komplettieren. Dieser innovative Ansatz ist zurzeit Gegenstand wissenschaftlicher Überprüfungen 24 ,  25 .

Der potenzielle Fertilitätsverlust bedingt durch eine Chemotherapie führt zu einer verheerenden psychischen Belastung bei vielen Patientinnen 26 , häufig begleitet von depressiven Episoden, Angst, Trauer, Wut, Zerbrechen von Beziehungen, sowie einer verminderten Lebensqualität im Allgemeinen 27 ,  28 . Entsprechend wird dem Erhalt der ovariellen Funktion während und nach der Chemotherapie, sowohl in Hinblick auf die Fertilität als auch auf den Erhalt der Knochen- und kardiovaskulären Gesundheit, eine besondere Bedeutung beigemessen.

Möglichkeiten des Fertilitätserhalts

Im Mai 2006 wurde das Netzwerk Ferti PROTEKT in Heidelberg von einer Gruppe aus 40 universitären Reproduktionsmedizinern gegründet. Nach über 10 Jahren hat das Netzwerk heute den Status eines eingetragenen Vereins (e. V.) und ist erheblich gewachsen. Reproduktionsmediziner und Biologen von mittlerweile über 100 universitären sowie nicht universitären Zentren in Deutschland, Österreich und der Schweiz haben sich zusammengeschlossen, um flächendeckend fertilitätserhaltende Maßnahmen bei Chemo- und Strahlentherapie nach einheitlichen Empfehlungen anzubieten 29 .

Kryokonservierung von unfertilisierten und fertilisierten Oozyten

Wenn vor einer geplanten Chemotherapie noch ausreichend Zeit für eine ovarielle Hyperstimulation vorhanden ist, können reife Oozyten durch transvaginale Follikelaspiration gewonnen werden. Diese können durch IVF- oder ICSI-Behandlung fertilisiert und im Pronukleus-(2-Vorkern-)Stadium kryokonserviert werden. In Deutschland ist nur die Kryokonservierung fertilisierter Oozyten rechtlich zulässig, wohingegen in anderen Ländern auch Embryonen konserviert werden können.

Eine Stimulation kann unabhängig vom Zyklustag der Patientin jederzeit begonnen werden („random start“) und dauert etwa 14 Tage 30 . Bewährt hat sich ein Stimulationsprotokoll unter Verwendung eines Aromataseinhibitors (AI) zeitgleich zur Gonadotropingabe 31 . Dieser führt zu einer Senkung des Östradiolspiegels im Plasma bei gleichzeitiger Induktion der Östrogenbildung aus Androgenen in den Granulosazellen. Somit können beide Effekte des AI optimal genutzt werden. Auf der einen Seite werden die messbaren Östradiol-(E2-)Spiegel im Blut maximal supprimiert, auf der anderen Seite wird die Ovulationsinduktion unterstützt 32 . Oktay et al. konnten zeigen, dass eine Stimulation im Antagonistenprotokoll mit FSH kombiniert mit Letrozol (AI der 3. Generation) im Vergleich zu einer Stimulation im Agonisten-Langprotokoll zu einer signifikanten Reduktion der E2-Spiegel (p < 0,001) bei gleichbleibender Anzahl an gewonnenen Oozyten (p = 0,43) führt 32 . Allerdings muss darauf hingewiesen werden, dass die Stimulation mit Letrozol nicht pauschal, sondern lediglich bei hormonrezeptorpositiven Tumoren zu empfehlen ist. Zudem müssen die Patientinnen über den Off-Label-Use dieses Stimulationsprotokolls aufgeklärt werden.

Wenn die Patientin keinen Partner hat, werden die Oozyten im unfertilisierten Zustand kryokonserviert. Dieses Verfahren sollte aufgrund der hohen Trennungs- und Scheidungsraten grundsätzlich jeder Frau – egal ob ledig, in einer festen Beziehung oder verheiratet – angeboten werden. Hierbei muss gewährleistet sein, dass das jeweilige Zentrum über entsprechende Möglichkeiten der Kryokonservierung verfügt.

Bei der Kryokonservierung hat sich besonders die Vitrifikation, als extrem schnelles Einfrierverfahren der Oozyten in Stickstoff, bewährt. Bei den konventionellen Methoden erfolgt das Einfrieren deutlich langsamer über mehrere Stunden und birgt ein höheres Risiko für die Bildung von Eiskristallen. Kryokonservierte, fertilisierte Oozyten weisen ähnlich wie kryokonservierte Embryonen oder Spermien eine bei Vitrifikation hohe Vitalität von 73 bis 95% mit einer Schwangerschaftsrate von etwa 25% auf 33 ,  34 .

In-vitro-Maturation

Die In-vitro-Maturation (IVM) ist eine noch recht neue Technik der extrakorporalen assistierten Reproduktionsmedizin, die im Unterschied zur klassischen IVF/ICSI auf eine kontrollierte ovarielle Hyperstimulation verzichtet, sodass es hierbei zu keinem verzögerten Beginn einer geplanten Chemotherapie kommt.

Bei dieser Technik werden, ggf. nach einer kurzen Stimulation mit FSH und/oder hCG, unreife Oozyten aus kleinen antralen Follikeln durch transvaginale Aspiration gewonnen. Wichtig hierbei ist ein hoher antraler Follikelcount (AFC), sodass diese Methode lediglich bei einer kleinen Subgruppe angewandt werden kann.

Es erfolgt dann eine In-vitro-Reifung der Oozyten mit anschließender Fertilisation. Die In-vitro-Maturation der Oozyten wird in aller Regel über 24 Stunden durchgeführt. Anschließend erfolgt eine Beurteilung des Reifestadiums und ggf. die Fertilisation durch konventionelle IVF oder ICSI. Obwohl sich theoretisch die beschleunigte In-vitro-Maturation negativ auswirken könnte, sind bislang keine erhöhten Fehlbildungsraten beschrieben 36 . Nachteile der IVM gegenüber einer konventionellen IVF oder ICSI-Behandlung sind 36 :

geringere Implantations- und Schwangerschaftsraten pro Therapiezyklus pro Embryotransfer,

höhere Kosten pro erzielte Schwangerschaft,

technisch schwierigere Punktion mit längerer Punktionsdauer,

erhöhte Laborkosten durch erhöhten Arbeitsaufwand,

nicht vollends geklärte epigenetische und andere fetale Risiken.

Somit handelt es sich bei der In-vitro-Maturation noch um ein experimentelles, nicht standardmäßig angewandtes Verfahren, welches bislang noch in fast keinem Labor angeboten wird.

Kryokonservierung von Ovarialgewebe

Die Kryokonservierung von Ovarialgewebe hat sich nach ihrer ersten erfolgreichen Anwendung in Brüssel 2004 weltweit als effektives Verfahren etabliert 27 . Hier wurde nach orthotoper, autologer Transplantation zuvor kryokonservierten Ovarialgewebes nach spontaner Konzeption das erste Kind geboren 39 .

Bei der Kryokonservierung von Ovarialgewebe werden per Laparoskopie etwa 50% des Ovarkortex eines Ovars reseziert, präpariert und unter Verwendung von Kryoprotektiva konserviert. Besonders geeignet ist die Kryokonservierung von Ovarialgewebe für jüngere Patientinnen, da deren Ovarialreserve und somit die Follikeldichte sehr hoch sind. Als obere Altersgrenze wird 35 – 37 Jahre empfohlen, weil bis zu dieser Altersspanne die Follikeldichte des Ovars in den meisten Fällen noch ausreichend hoch ist. Vor der Operation wird der Hormonstatus im Blut bestimmt und eine Sonografie des Uterus und der Ovarien durchgeführt.

Die Kryokonservierung von Ovarialgewebe ist besonders dann geeignet, wenn wenig Zeit bis zum Beginn der zytotoxischen Therapie verbleibt: Während bei der ovariellen Hyperstimulation mit Punktion und Kryokonservierung von Oozyten etwa 2 Wochen eingeplant werden müssen, kann die Laparoskopie wenige Tage vor Beginn der Chemotherapie durchgeführt werden. Der mögliche Verzicht auf eine hormonelle Stimulation, kombiniert mit einem zeitnahen Abschluss der Fertilitätsprotektion, lässt diese Methode, insbesondere im Kollektiv der Mammakarzinompatientinnen, vielversprechend erscheinen.

Bei der Re-Transplantation des Ovarialgewebes wurde in den Anfängen der methodischen Etablierung versucht, das Gewebe heterotop, d. h. im Bereich des Unterarms oder in die Bauchdecke zu transplantieren 40 . Mittlerweile erfolgt die Re-Implantation üblicherweise orthotop, d. h. in oder an das verbliebene Restovar oder in eine Peritonealtasche im Bereich der Fossa ovarica. Innerhalb von 3 bis 6 Monaten kommt es meist zur Wiederaufnahme der endokrinen Funktion. Die Überlebensdauer des Gewebes variiert zwischen wenigen Monaten und mehreren Jahren 41 ,  42 .

Speziell beim Mammakarzinom ist zu beachten, dass ein – zumindest theoretisches Restrisiko – für die Re-Induktion der Tumorerkrankung durch persistierende und nach Re-Implantation reaktivierte Mikrometastasen besteht 33 . Gerade in den frühen Stadien (I, II) ist die Re-Transplantation von Ovarialgewebe als sicher anzusehen – sowohl in histologischen als auch immunhistologischen Untersuchungen des kryokonservierten Ovarialgewebes konnten maligne Zellen ausgeschlossen werden. 43 ,  44 . Im fortgeschrittenen Stadium (IV) hingegen muss das Risiko einer Re-Induktion der Tumorerkrankung durch ovarielle Metastasen zumindest in Betracht gezogen werden. Bei einer Patientin wurde von einem lokalen Rezidiv auf der Seite der erkrankten Brust etwa 1 Jahr nach Re-Transplantation von Ovarialgewebe berichtet. Allerdings konnten in dem Ovar selbst keine Metastasen nachgewiesen werden 45 ,  46 . Dieses innovative Verfahren hat sich innerhalb der letzten Jahre immer stärker etabliert und wird mittlerweile auch in Deutschland an ausgewählten Zentren angeboten 27 .

Aktuell können anhand publizierter Fälle und mitgeteilter Daten des Netzwerks Ferti PROTEKT über 90 Geburten weltweit belegt werden 47 ,  48 .

Bei dieser Methode liegt die prozentuale Lebendgeburtenrate bei 28,4% je Patientin bei gleichzeitig höheren Schwangerschaftsraten 49 . Van der Ven beschrieb eine Lebendgeburtenrate von 25% bei einer Schwangerschaftsrate von über 30% 50

Medikamentöse Maßnahmen – GnRH-Agonisten

Die Rationale der Suppression der Keimzellproliferation besteht darin, mit einer zeitlich begrenzten Behandlung mittels GnRH-Analoga einen Zellzyklusarrest zu initiieren, um so die Follikel vor dem gonadotoxischen Einfluss der Chemotherapie zu schützen. Dieses Konzept beruht auf der Beobachtung, dass bei inaktiven Gonaden im präpubertären Alter die Fertilität durch Chemotherapeutika weniger beeinträchtigt wird als in der reproduktiven Lebensphase. Anfangs kommt es bei der Behandlung mit GnRH-Agonisten zu einer initialen Freisetzung der Gonadotropine („flare-up“-Effekt), die ungefähr 1 Woche andauert, sodass GnRH-Analoga mindestens 1 Woche vor Beginn der Chemotherapie zum 1. Mal appliziert werden sollten. Die Anwendung erfolgt als Off-Label-Use.

Der Nutzen der GnRH-Analoga wird seit Jahren kontrovers diskutiert. In einer Cochrane-Analyse 52 basierend auf der Auswertung von 4 randomisierten Studien aus den Jahren 1987 bis 2007 zeigten die Autoren, dass die Patientinnen von der Verwendung von GnRH-Analoga profitieren. Es konnten erhöhte Menstruations- (RR 1,90, 95%-KI 1,30 – 2,79) und Ovulationsraten (RR 2,70, 95%-KI 1,52 – 4,79) nach abgeschlossener Chemotherapie gezeigt werden 52 . Eine Metaanalyse aus dem Jahr 2011 53 , die 6 Studien bis 2010 einschloss, konnte ebenfalls einen protektiven Effekt durch GnRH-Analoga auf die ovarielle Funktion nachweisen.

Die POEMS (Prevention of Early Menopause Study), eine internationale Phase-III-Studie der Southwest Oncology Group (SWOG), untersuchte den Einfluss von Goserelin auf die Ovarialfunktion während einer Cyclophosphamid-haltigen Chemotherapie. 257 Patientinnen wurden zwischen 2004 und 2011 eingeschlossen und über 2 Jahre nachbeobachtet. Unter Einsatz von GnRH-Analoga konnte eine geringere Rate an prämaturer Ovarialinsuffizienz (p = 0,03) im Vergleich zur alleinigen Chemotherapie nachgewiesen werden 54 . Zusätzlich wurden das Disease-free Survival (DFS) sowie das Overall Survival (OS), jeweils bezogen auf 4 Jahre, untersucht, welches sich unter Hinzunahme von Goserelin auf beide Parameter positiv auswirkte (DFS: 89 vs. 78%; OS: 92 vs. 82%, p = 0,05) 54 .

Die Daten der POEMS-Studie werden allerdings sehr kritisch bewertet, weil Finanzierungs- und Rekrutierungsprobleme zu einem frühzeitigen Studienabbruch führten. Weiter beeinträchtigt die Interpretation eine zu hohe Drop-out-Rate. Für eine verlässliche Auswertung ist die Studie daher als „unterpowert“ zu werten 55 .

Eine Metaanalyse aus dem Jahr 2015 von Lambertini et al. 56 untersuchte 12 randomisierte Studien mit insgesamt 1231 prämenopausalen Mammakarzinompatientinnen. Die temporäre Suppression der Ovarialfunktion durch GnRH-Analoga war mit einem geringeren Risiko eines Preterm ovarian Failure (POF) assoziiert (OR 0,36, 95%-KI 0,23 – 0,57; p < 0,001) 56 .

Bei der PROMISE-GIM6-Studie handelt es sich um eine multizentrische, randomisierte Phase-III-Studie aus dem Jahr 2015 57 . 281 Patientinnen wurden zwischen 2003 und 2008 eingeschlossen. Die prämenopausalen Patientinnen wurden entweder der Chemotherapiegruppe (Kontrollgruppe) oder der Chemotherapie + GnRH-Analogon (Triptorelin)-Gruppe zugeordnet. Primäre Endpunkte waren ovarielle Funktion, Schwangerschaftsrate und das Disease-free Survival. Menstruationsraten nach Abschluss der Chemotherapie waren mit 72,6% bei Chemotherapie + Triptorelin bzw. 64% bei alleiniger Chemotherapie angegeben (HR 1,28, 95%-KI 0,98 – 1,68; p = 0,071). Das 5-Jahres-DFS war mit 80,5% bzw. 83,7% für Chemotherapie + Triptorelin bzw. alleiniger Chemotherapie angegeben (HR 1,17, 95%-KI 0,72 – 1,92; p = 0,519) 57 . Zusammenfassend kommt die Studie zu der Schlussfolgerung, dass von einem Schutz der Ovarialfunktion durch GnRH-Analoga bei gleichzeitig unveränderter Prognose ausgegangen werden kann.

Zu einem anderen Resultat kamen die Autoren Elgindy und Mitarbeiter 2015. In dieser Arbeit 58 wurden 10, zwischen 1987 und 2015 veröffentlichte, randomisiert kontrollierte Studien identifiziert und ausgewertet. Die Daten von 907 Patientinnen gingen in die Metaanalyse ein, wobei 468 Frauen während der Chemotherapie zusätzlich mit einem GnRH-Agonisten behandelt wurden. Es zeigten sich keine signifikanten Unterschiede zwischen den zusätzlich mit GnRH-Analoga und den allein mittels Chemotherapie behandelten Patientinnen (68,4 vs. 59,9%). Die Patientinnen profitierten weder hinsichtlich des FSH-Spiegels (p = 0,27), des Anti-Müller-Hormons (p = 0,40), noch bez. der Antralfollikelzahl (p = 0,17) von der GnRH-Analoga-Gabe 58 .

Vor dem Hintergrund der widersprüchlichen Aussagen bez. der Wirksamkeit von GnRH-Analoga sollte der Einsatz mit der Patientin kritisch und ausführlich diskutiert werden 5 .

Tab. 3 gibt eine Übersicht über die o. g. Möglichkeiten zum Fertilitätserhalt.

Tab. 3  Möglichkeiten des Fertilitätserhalts bei Patientinnen mit Mammakarzinom 59 .

Maßnahme	experimentelles vs. Standardverfahren	ovarielle Stimulation (OS) erforderlich	verzögerter Beginn der Chemotherapie	chirurgische Intervention	Erhalt der ovariellen Funktion (OF)	in allen Zentren verfügbar	Anmerkungen
AFC = antraler Follikelcount; CT = Chemotherapie; GnRH-Analoga = Gonadotropin-releasing Hormon Analoga; OF = ovarielle Funktion; OS = ovarielle Stimulation
Kryokonsvervierung von unfertilisierten Oozyten	Standard	ja	ja	ja	nein	nein	Dauer der OS: 10 – 14 Tage
Kryokonservierung von fertilisierten Oozyten	Standard	ja	ja	ja	nein	nein	Partner erforderlich
In-vitro-Maturation	experimentell	nein	nein	ja	nein	nein	hoher AFC notwendig, hohe Kosten, aufwendiges Verfahren, wird bislang in fast keinem Labor angeboten
Kryokonservierung von Ovarialgewebe	experimentell	nein	nein	ja	ja	nein	nicht zu empfehlen bei fortgeschrittenem Tumorstadium, Risiko Mikrometastasen, keine Langzeitdaten bez. der OF
ovarielle Suppression durch GnRH-Analoga	experimentell	nein	nein	nein	ja	ja	einfache, günstige Therapie, Anwendung vor und während der CT, wenig Langzeitdaten bez. der Wiederaufnahme und dem Erhalt der OF

Alle prämenopausalen Patientinnen mit nicht abgeschlossener Familienplanung sollten vor einer gonadotoxischen Chemotherapie über die Möglichkeiten des Fertilitätserhalts aufgeklärt werden.

Je nach Tumorstadium und Tumorbiologie und möglichem Zeitintervall sollten die zur Verfügung stehenden Maßnahmen individuell mit der Patientin besprochen werden.

Die verschiedenen fertilitätserhaltenden Maßnahmen können kombiniert werden.

Eine ovarielle Hyperstimulation kann unabhängig vom Zyklustag zu jedem Zeitpunkt begonnen werden.

Dies gilt für hormonrezeptorpositive wie auch -negative Mammakarzinome gleichermaßen.

GnRH-Agonisten werden weiterhin kontrovers diskutiert, sollten aber der Patientin nicht vorenthalten werden.

Die laparoskopische Entnahme von Ovarialkortex ist eine vielversprechende Methode, die den Beginn einer Chemotherapie nicht verzögert.