Autor: Ana Isabel Martínez López
Máster de Técnicas de reproducción asistida
Análisis Funcional del Espermatozoide
En Gijón a 15/01/2023
El problema de la infertilidad masculina es un desafío para investigadores, científicos y para la práctica clínica, debido a que presenta múltiples y variadas etiologías para un mismo problema como es una fecundación exitosa. Los embriólogos que tienen que diagnosticar y tratar estos problemas se ven presionados por múltiples factores.
El tratamiento de los espermatozoides es un proceso muy delicado y sensible, pues son células capaces de vivir fuera del cuerpo humano por un periodo limitado de tiempo y son muy sensibles al daño en el ADN. Teniendo en cuenta que su principal función es la transmisión de ese ADN a la descendencia, mantener la integridad del ADN es esencial para un resultado exitoso, máxime cuando está en juego la calidad de vida de una persona. La vida en ciernes.
Cuando existen problemas de fertilidad masculina se convierte en un reto seleccionar el mejor espermatozoide provocando el menor daño a sus estructuras, para obtener las mayores probabilidades de fecundación exitosa.
La yatrogenia derivada de una manipulación inadecuada de los espermatozoides se convierte en uno de nuestros principales temores, por este motivo las técnicas de microfluídica se están convirtiendo en una solución prometedora y exitosa en el tratamiento de los espermatozoides.
Entre las ventajas que aportan los sistemas de microfluídica:
- Capacidad de simular los procesos fisiológicos del cuerpo humano, in vitro.
- Manipular espermatozoides a microescala.
- Capacidad de procesar muestras de bajo volumen.
- Biocompatibilidad.
- Naturaleza no invasiva de los dispositivos.
- Reducir el tiempo de procesamiento de las muestras, que sabemos que es en parte responsable de la fragmentación del ADN al incrementar el tiempo de exposición a las especies reactivas de oxigeno (ROS)
- Posibilidad de integrar varias de las etapas de los procedimientos propios de las Técnicas de Reproducción Asistida (TRA) en un solo dispositivo, disminuyendo el coste total de los tratamientos.
- Automatización de los procedimientos para poder integrarlos dentro de las TRA.
Entre los desafíos que deben afrontar los investigadores para desarrollar estos sistemas microfluídicos:
- Descifrar los complicados procesos fisiológicos derivados de la interacción entre los espermatozoides y el tracto reproductor femenino (TRF).
- Diseñar sistemas que imiten los procedimientos que tienen lugar en el interior del TRF para seleccionar los mejores espermatozoides con capacidad para una fertilización exitosa.
- Conseguir que la fertilización sea lo más natural posible, con las menores manipulaciones susceptibles de provocar daños a los espermatozoides.
El TRF presenta un entorno desafiante para los espermatozoides con pasajes estrechos, caminos intrincados y fluidos viscosos. Todo son obstáculos en su camino hacia la fertilización. Para superar estos desafíos, los espermatozoides han desarrollado diferentes mecanismos o capacidades.
En su trayectoria dentro del TRF los espermatozoides se aproximan y siguen los bordes definidos de las superficies para reducir la resistencia, utilizan fuerzas hidrodinámicas para cambiar de dirección, ganan tracción a través de las interacciones superficiales y se sienten atraídos por señales físicas y químicas que les guían hacia el óvulo. Estos comportamientos mejoran su eficiencia en la navegación y aumentan la probabilidad de una fertilización exitosa.
Dentro del TRF los espermatozoides emplean diferentes mecanismos que les guían hacia el lugar de la fertilización. Estos mecanismos se pueden clasificar en dos tipos:
- Mecanismos de corto alcance como la Quimiotaxia.
- Mecanismos de largo alcance como la Termotaxia, la Reotaxis y la Thigmotaxia.
Los espermatozoides capacitados que llegan a la región inferior de las trompas (istmo) presentan un movimiento hiperactivado del flagelo, mayor sensibilidad al gradiente de temperatura (Termotaxis) y a los quimioatrayentes (Quimiotaxis), así como pérdida parcial de la capacidad de unirse a la célula epitelial oviductal; El movimiento hiperactivado del flagelo es esencial para contrarrestar el flujo del fluido oviductal, ayudando a los espermatozoides a redirigirse y a nadar rectos en contra de la corriente (reotaxis); Finalmente en la región superior del oviducto (ampollas), ciertos compuestos químicos producidos por las células que rodean el ovulo y el propio ovocito, guían a los espermatozoides hacia su destino final por Quimiotaxis, como se muestra en la imagen 1.
Quimiotaxis:
Los quimioatrayentes son moléculas secretadas por los ovocitos con el fin de guiar a los espermatozoides a su encuentro dentro del TRF. Al entrar en contacto con estas moléculas, los receptores específicos de la membrana del espermatozoide se unen a estas y se activan produciendo cambios en el patrón de batido del flagelo permitiéndole nadar en una trayectoria más recta hacia el ovocito.
Termo-taxis:
Los espermatozoides fluyen a través de las trompas de Falopio guiándose por un gradiente de temperatura que se produce en el interior de estas. Los espermatozoides reaccionan a las diferencias de temperatura gracias a unas proteínas sensibles a la temperatura situadas en la membrana celular. Tras detectar cambios de temperatura, estos sensores activan una serie de señales dentro del espermatozoide que pueden activar el movimiento flagelar. El golpe coordinado del flagelo impulsa entonces al espermatozoide hacia adelante, permitiéndole orientarse y responder a las fluctuaciones de temperatura.
Reo-taxis
Es el fenómeno por el cual los espermatozoides se reorientan en sentido contrario a la dirección del flujo del fluido tubárico y nadan contra la corriente.
En el TRF el batir de los cilios junto con los movimientos peristálticos de las trompas de Falopio genera un flujo suave hacia el cuello uterino que se considera un mecanismo guía en la migración espermática. Al entrar en las trompas, los espermatozoides reciben una señal de sus sensores que indica que han encontrado el camino para llegar al óvulo. Posteriormente, sufren un cambio sincronizado de trayectoria y comienzan a nadar contra la corriente con precisión para lograr la fertilización.
Diferentes investigaciones científicas han demostrado que el comportamiento reotaxico se da con mayor eficacia en los espermatozoides con mayor integridad del ADN3.
Thigmotaxis o comportamiento de seguimiento de límites.
Los espermatozoides que se desplazan activamente dentro del TRF buscan una dirección hacia donde dirigirse, y van siguiendo el reborde sólido de las paredes uterinas y las trompas.
Este comportamiento es estimulado por varios factores como el entorno viscoso, las fuerzas hidrodinámicas, las interacciones superficiales y las señales químicas.
3. Dispositivos de Microfluídos para la selección de espermatozoides que imitan los procesos de selección natural dentro del tracto reproductor femenino (TRF)
En ausencia de los estímulos guía específicos que se producen dentro del TRF, las condiciones ambientales se convierten en la causa principal del movimiento del espermatozoide y en ausencia de estímulos externos el movimiento del espermatozoide se caracteriza por ser completamente aleatorio.
Uno de los factores ambientales más significativos en la selección de los espermatozoides de mayor calidad durante su viaje, es la viscosidad del entorno. Esta, dificulta el paso de los espermatozoides más débiles mientras que los espermatozoides más rápidos y persistentes mantienen la capacidad de migrar.
El otro factor ambiental además de la viscosidad que influye en el movimiento del esperma hacia el óvulo es la presencia de obstáculos de flujo. Estos se forman cuando dos flujos laminares con diferentes velocidades convergen. En este escenario, los espermatozoides más fuertes y móviles pueden orientarse hacia estos obstáculos y atravesarlos, mientras que los componentes restantes del líquido seminal no pueden hacerlo.
El reto para los investigadores consiste en replicar estos procesos naturales en el laboratorio con materiales y reactivos biocompatibles y atóxicos, para lo que tendrán que diseñar nuevos dispositivos de microfluídos.
Los investigadores han encontrado en la solución de fluido tubárico humano (HTF), la mejor alternativa para replicar la viscosidad de los fluidos humanos del TRF. Imagen 2. El mayor número de espermatozoides móviles se congrega en la solución de HTF.
Fig.2.https://www.mdpi.com/micromachines/micromachines-1100793/article_deploy/html/images/micromachines-11-00793-g003-550.jpg
Los espermatozoides con menos daño en su ADN han demostrado que son capaces de nadar moviendo el flagelo en 2D. Esta forma de moverse de los espermatozoides también ha demostrado ser una forma mas eficaz de avanzar en fluidos con alta viscosidad dentro del TRF, son un 50% más rápidos. Esto se atribuye a la reducción de la fuerza de arrastre y a la mayor eficiencia de la locomoción plana. La alta viscosidad del TRF podría favorecer a los espermatozoides que mueven la cola en 2D, pudiendo influir en la selección de los espermatozoides y en la capacidad de fertilización natural6.
En la imagen 3 un dispositivo diseñado para seleccionar espermatozoides capaces de avanzar moviendo la cola en 2D.
Dispositivos inspirados en la Quimiotaxis:
Algunos dispositivos de microfluídica tratan de aprovechar la quimiotaxis para separar los espermatozoides con capacidad de fecundar el ovocito dentro de una muestra de semen.
Solo los espermatozoides que estén capacitados tienen capacidad para fecundar el ovocito, así mismo solo los espermatozoides capacitados son capaces de detectar y seguir el rastro de las sustancias quimioatrayentes dirigiendose hacia la cámara de recogida. Las sustancias empleadas como cebo son moléculas sintéticas de progesterona y/o acetilcolina.
El inconveniente de los dispositivos que funcionan por quimiotaxis es que sólo las muestras que contengan espermatozoides capacitados pueden responder a este estímulo.
La capacitación es la última transformación que sufren los espermatozoides en su vida adulta y en condiciones normales tiene lugar dentro del TRF. Consiste en una serie de cambios en la membrana celular que dejan al descubierto receptores capaces de detectar e interactuar con los quimioatrayentes. En el laboratorio este procedimiento lo conseguimos de forma artificial con técnicas como el swim-up o los gradientes de Percoll, pero existe el riesgo de dañar a los espermatozoides con el procedimiento y además incrementa los tiempos de laboratorio para la selección de los espermatozoides.
El dispositivo que se muestra en las Imágenes 4 y 5 trata de simular el TRF. La cámara de entrada (A) es donde se añade la muestra de esperma y representa el útero. La cámara de recogida (G), simula las trompas y es hacia donde se dirigen y donde se recogen los espermatozoides capacitados. En las cámaras D y E es donde colocamos las diferentes moléculas de quimioatrayentes en distintas concentraciones para estimular la quimiotaxis y atraer a los espermatozoides.
Fig.4. https://link.springer.com/article/10.1186/s12967-018-1575-7/figures/1
Fig.5. https://link.springer.com/article/10.1186/s12967-018-1575-7/figures/1
Dispositivos Inspirados en la Termotaxia
Los dispositivos de microfluídos que se diseñaron para la separación de espermatozoides según su respuesta a las diferencias del gradiente de temperatura no resultaron ser lo suficientemente eficaces por si mismos3, de forma que fue necesario diseñar sistemas que asociasen otro estímulo adicional. Un ejemplo muy recurrente son los dispositivos que combinan Termotaxis con Quimiotaxis.
El gradiente de temperatura se genera con microcalentadores y es controlado por microsensores acoplados bajo las placas del dispositivo de microfluidos. Imagen 6.
Imagen 6. SLAS Technology 2018 23507-515DOI: (10.1177/2472630318783948)
En la imagen 7. se muestra la fotografía mediante cámara térmica del perfil térmico simulado en los electrodos superficiales del dispositivo.
Imágenes 7. SLAS Technology 2018 23507-515DOI: (10.1177/2472630318783948)
Dispositivos Inspirados en la Reotaxis
Consiste en generar flujos unidireccionales para que los espermatozoides motiles se orienten y naden contra corriente separándose del resto de la muestra, mientras el esperma muerto y restos celulares son arrastrados pasivamente por el flujo hacia la trampa para su eliminación.
Mostramos 2 dispositivos. Uno con un microcanal en forma de T, (imágenes 8 y 9). En la Imagen 8. se muestran los flujos de los espermatozoides sanos en verde y los muertos en rojo. La Imagen 9. muestra una representación tridimensional del dispositivo microfluídico en forma de T con entrada, salida y el depósito sellado.
En la imagen 10, el un chip progresivo de clasificación de espermatozoides (PSSC), que consta de tres zonas funcionales diferenciadas (Figura 10C). Zona de entrada, por donde se inyecta la muestra de semen y también desde donde se inicia el flujo. Zona de recogida de espermatozoides móviles que consta de 8 canales con un diseño triangular expansivo que favorece que el flujo de la entrada se ralentice gradualmente hacia la salida (Figura 10D). El esperma muerto y restos celulares son arrastrados por el flujo hacia la trampa para su eliminación.
Imagen 9. iScience 2023 26DOI: (10.1016/j.isci.2023.107356)
Dispositivos Inspirados en la Thigmotaxis
Diferentes investigaciones científicas han demostrado una alta correlación entre la integridad del ADN y la Thigmotaxis3, lo que ha inspirado al diseño de dispositivos basados en este comportamiento.
La Thigmotaxis o comportamiento de seguimiento de superficies sólidas ofrece pues una buena estrategia para seleccionar espermatozoides con mayor integridad del ADN, con objeto de mejorar las tasas de éxito de la reproducción asistida.
Para el diseño y desarrollo de estos dispositivos es necesario crear un entorno favorable que estimule este comportamiento en los espermatozoides, mediante fluidos viscosos y la creación de diferentes obstáculos.
Para el dispositivo que mostramos a continuación, (Imagen 11), se crearon 3 versiones cada uno con una configuración de canal específica para permitir la recolección de espermatozoides con preferencia para seguir los límites en el lado izquierdo (nadadores izquierdos), lado derecho (nadadores derechos), o para nadar recto (nadadores rectos). Debido a la ausencia de flujo y a la viscosidad del entorno, solo los espermatozoides autopropulsados pudieron entrar en la compleja geometría del dispositivo, mientras que los espermatozoides muertos y los residuos permanecieron en la entrada.
El mismo estudio sirvió para revelar que los espermatozoides humanos que prefieren seguir los límites en los lados izquierdo o derecho presentan mayor integridad del ADN (> 51%) en comparación con los nadadores rectos y un aumento significativo (> 67%) en comparación con los espermatozoides en semen crudo.
Otro dispositivo con nombre propio SPARTAN (Simple Periodic ARray for Trapping And isolatioN) que aparece en las Imágenes 12, 13 y 14. Es un sistema que utiliza matrices de pilares como un obstáculo para aislar del semen crudo espermatozoides altamente móviles y morfológicamente normales, basándose en que los espermatozoides con defectos morfológicos presentan características anormales de motilidad que les dificulta atravesar nadando los canales de manera efectiva.
Imagen 12. Advanced Science, Volume: 5, Issue: 2, First published: 27 December 2017,
DOI: (10.1002/advs.201700531)
Imagen 13. Advanced Science, Volume: 5, Issue: 2, First published: 27 December 2017,
DOI: (10.1002/advs.201700531)
Imagen 14. Advanced Science, Volume: 5, Issue: 2, First published: 27 December 2017,
DOI: (10.1002/advs.201700531)
Dispositivos que combinan Reotaxis con Thigmotaxis
Los dispositivos de microfluidos no tienen por qué limitarse a estimular uno solo de estos comportamientos en los espermatozoides. Podemos diseñar dispositivos que combinen varios de estos principios incrementando la eficiencia del dispositivo. Así podemos imitar de una forma lo más fielmente posible, el complejo sistema de selección de espermatozoides que tiene lugar dentro del TRF donde se combinan todos estos mecanismos simultáneamente.
Los dispositivos que se muestran a continuación se diseñaron para aislar espermatozoides móviles basándose en la combinación del comportamiento reotaxico y el seguimiento de límites (Thigmotaxis).
En condiciones normales el flujo mucoso del TRF separa el esperma, atrapando los espermatozoides inmóviles. En cambio, los espermatozoides móviles emplean la reotaxis y el comportamiento de seguimiento de límites para nadar en sentido contrario al flujo y moverse hacia el ovocito.
En las imágenes 15 y 16 mostramos un dispositivo inspirado en las paredes del útero. En su zona frontal recrea una zona que estimula la reotaxis mediante un flujo que se crea con una bomba de jeringa conectada al sistema para que los espermatozoides puedan nadar contra la corriente y presenta obstáculos distribuidos a lo largo de las paredes para facilitar la entrada de espermatozoides sanos en los canales estrechos y curvados. Los espermatozoides que sigan su impulso de seguir limites alcanzaran los reservorios objetivo.
En la Imagen 17, 18 y 19. se muestra una ilustración de otro dispositivo microfluídico que recrea los microsurcos y los flujos de fluidos que se encuentran en el TRF. Presenta un puerto de entrada donde se depositan los espermatozoides, este puerto se comunica mediante un sistema de canales con y sin microsurcos con otro puerto de recogida de espermatozoides móviles de donde a su vez surge un flujo. En la imagen 18. se muestran los detalles del diseño del canal en el centro del dispositivo con seis canales para la experimentación paralela; G denota un canal con microsurcos en la superficie superior, y F denota un canal de control sin microsurcos. En la imagen 19. se muestra un dibujo 3D de como son los detalles dentro de un canal ranurado.
Imagen 17,18 y 19. https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.1500541112#fig01
4. Dispositivos de selección de espermatozoides basados en mecanismos físicos que no simulan los procesos dentro del TRF
Existen otros dispositivos microfluidicos que no se basan exclusivamente en los principios fisiológicos observados dentro del TRF, pero que ya venían usándose con éxito en otras investigaciones con muestras biológicas en el laboratorio.
- Métodos basados en principios de acusto-fluidica, donde se emplean ondas acústicas para crear cambios en la actividad metabólica de los espermatozoides, aumentando la producción de energía y mejorando la movilidad de los espermatozoides.
- Métodos basados en la electricidad: En base al conocimiento de que la membrana de los espermatozoides maduros y las células espermatogénicas es diferente en cuento a composición y a cargas eléctricas resultantes, podemos separar los espermatozoides maduros si les hacemos pasar por canales de microfluidos y los sometemos a un campo con diferentes fuerzas eléctricas.
5. Dispositivos que aúnan procesos dentro de las TRA
En la actualidad la mejor alternativa para lograr una fecundación exitosa en parejas con problemas de fertilidad por factor masculino severo es la ICSI.
La ICSI es una técnica de fertilización que implica la microinyección de un espermatozoide dentro del ovocito sorteando las barreras naturales que presenta el ovocito frente a la fertilización. Para seleccionar el mejor espermatozoide el embriólogo está obligado a realizar diferentes técnicas de laboratorio que implican la manipulación del espermatozoide y que inevitablemente le exponen a riesgos adicionales como el estrés mecánico por centrifugación y daños en el ADN por la exposición a ROS. Los embarazos resultantes de la aplicación de ICSI se han asociado con hasta cuatro veces un aumento en la incidencia de anomalías cromosómicas, trastornos del espectro autista, discapacidades intelectuales y defectos congénitos en comparación con los embarazos derivados de la FIV convencional.
Aún no se ha podido determinar si estos riesgos están relacionados con los efectos de la subfertilidad subyacente masculina o femenina, con otros factores médicos presentes en las parejas candidatas a ICSI, o con el procedimiento de la ICSI en sí mismo.
Esto ha impulsado a los investigadores a tratar de desarrollar dispositivos de microfluídica que ayuden a seleccionar los mejores espermatozoides candidatos a la fertilización a la vez que se coincuban con los ovocitos para la FIV. El objetivo de estos dispositivos es potenciar los resultados de la FIV con muestras de esperma subóptimas como alternativa a la ICSI para lograr la fertilización, sin provocar daños en el ovocito ni en el espermatozoide.
En las imágenes 20 y 21. Se muestra un dispositivo basado en dielectroforesis (DEP) para realizar el proceso de inseminación artificial en un chip. (Fig.20.A) Enlace del sustrato de vidrio poli-dimetilsiloxano (PDMS) con el chip de electrodo ITO, capaz de generar el campo eléctrico. (Fig.20.B) El concepto del experimento es que los ovocitos y espermatozoides se cargaron en un microcanal con caudal volumétrico y quedan atrapados con la fuerza dielectroforética positiva entre las dos almohadillas de electrodos durante aproximadamente 1 minuto. La concentración local de esperma aumentó a 100 × 106 esperma-mL−1, independientemente de la concentración original de espermatozoides. La flecha blanca muestra la dirección del flujo. Al liberar la fuerza DEP los ovocitos y espermatozoides quedaron atrapados con la microestructura detrás del microcanal para la inseminación natural durante 1 hora. (Fig.20.C). Tras 4-10 horas se observó la aparición de un segundo cuerpo polar y dos pronúcleos que indicaban la fertilización exitosa7. Los resultados de las investigaciones con este dispositivo demostraron una tasa de fertilización proporcional a la concentración de esperma en el chip microfluídico DEP y el seguimiento del desarrollo embrionario indicó que no hubo daño a ovocitos ni espermatozoides tras la FIV7.
En la Imágen 22. Se muestra otro diseño de un dispositivo microfluídico diseñado para FIV con una muestra con baja concentración de espermatozoides. El dispositivo se separa en cuatro secciones. (1) Área de atrapamiento: donde se utiliza una fuerza DEP positiva mediante los electrodos ITO, conectados a la placa, para atrapar el ovocito y aumentar la concentración de los espermatozoides de la muestra en un 20-40% ; (2) Área de Generación de gotas: se utiliza un diseño de enfoque en flujo para generar microgotas de emulsión que envuelven a los ovocitos separados; (3) Área de clasificación: se utiliza una válvula neumática para clasificar las microgotas con los cigotos fertilizados; (4) Área de almacenamiento: Las microgotas con embriones formados entraron en la zona de almacenamiento; los demás se separaron en un depósito de residuos.
El resultado del chip microfluídico DEP de FIV muestra que la concentración de espermatozoides aumentó con este método de atrapamiento, favoreciendo la fertilización. En esta investigación, la tasa de fertilización aumentó un 5% con el tratamiento DEP, en comparación con el método tradicional de FIV8.
Imagen 29. https://www.mdpi.com/2072-666X/9/3/135
6. Resultados
Hemos clasificado los chips de microfluídicos presentados en dos grupos principales: los dispositivos inspirados en la selección natural y los mecanismos de guía utilizados por los espermatozoides dentro del FRT y los dispositivos basados en otros principios físicos, como la acústica.
Los dispositivos microfluídicos basados en quimiotaxis y termotaxia ofrecen un rendimiento adecuado en términos de motilidad y otros parámetros importantes del esperma seleccionado. Sin embargo, los dispositivos basados en la quimiotaxis requieren añadir reactivos especiales y un diseño cuidadoso de los canales para crear un gradiente del quimioatrayente al que sean sensibles los espermatozoides, dificultando así su integración en los procedimientos actuales. Otro inconveniente de los dispositivos que funcionan por quimiotaxis es que las muestras necesitan capacitarse previamente, ya que sólo los espermatozoides capacitados pueden responder a la atracción del quimioatrayente, y esto incrementa los tiempos de laboratorio para la selección de los espermatozoides.
Los dispositivos inspirados en la termotaxia solo son percibidos por una fracción menor de los espermatozoides y, por tanto, no pueden utilizarse como un mecanismo independiente para la separación del esperma deseado, si no en combinación con otros estímulos y marcadores, como la quimiotaxis o las diferencias en la carga eléctrica superficial de los espermatozoides maduros e inmaduros para aumentar el número de espermatozoides maduros y viables seleccionados.
La reotaxia es capaz de separar esperma móvil de forma rápida, no usa marcadores adicionales y es eficaz, demostrando una mejora considerable en la integridad del ADN de los espermatozoides seleccionados con esta técnica. Depende únicamente de un flujo de fluido para funcionar, eliminando la necesidad de añadir reactivos e instrumentos específicos.
También se han intentado desarrollar dispositivos aprovechando el comportamiento de tigmotaxis del esperma para la separación de las poblaciones más maduras. Algunos de estos dispositivos demostraron resultados impresionantes en términos de motilidad e integridad del ADN. Son procedimientos sencillos, lo que hace que su integración en las TRA sea mucho más factible.
Los dispositivos de microfluidos no tienen por qué limitarse a estimular uno solo de estos comportamientos en los espermatozoides. La capacidad de integrar todos estos principios en un solo dispositivo podría incrementar la eficiencia del dispositivo. Reproduciendo más fielmente el complejo sistema de selección de espermatozoides que tiene lugar dentro del TRF donde se combinan todos estos mecanismos simultáneamente.
Por otro lado, los dispositivos microfluídicos basados en otros mecanismos físicos que no simulan los procesos dentro del TRF, pese a mostrar su utilidad en términos de selección de espermatozoides maduros, su rendimiento en términos de selección de la calidad del esperma clasificado no está a la altura de los dispositivos inspirados en mecanismos naturales.
Los dispositivos inspirados en la microfluídica han demostrado su utilidad no solo para la clasificación de esperma, algunas investigaciones han demostraron el potencial de la FIV en chip, integrando varias etapas de los procedimientos de TRA en un solo chip.
Esta opción podría suponer una opción muy útil para el ahorro de recursos, ofreciendo a los pacientes menores costes de tratamiento por ciclo y, al mismo tiempo, aumentando la probabilidad de que la fecundación se acumule.
Otra ventaja de estos dispositivos radica en la optimización de la FIV con muestras de espermatozoides subóptimas, suponiendo una alternativa a la realización de la ICSI.
Una gran ventaja de los chips de FIV basados en microfluídicos es que pueden reducir la aparición de polispermia3 con respecto a las técnicas de microgotas en tubos estáticos o platos de cultivo. En estos chips los ovocitos solo pueden exponerse a unos pocos espermatozoides seleccionados en un dispositivo microfluídico. Los chips de FIV actualmente reportados utilizan restricciones geométricas para fijar los ovocitos en el espacio microfluídico y lograr finalmente la unión entre espermatozoides y óvulos.
7. Conclusiones
A pesar de la eficacia de los métodos actuales empleados en las TRA, estos métodos están lejos de ser ideales, ya que pueden causar daños añadidos a las células espermáticas.
Los espermatozoides seleccionados mediante estas técnicas tradicionales (Ej. swim up, gradientes de densidad, ...) pueden sufrir varios inconvenientes entre los que se incluyen: contaminación con espermatozoides poco móviles y células somáticas y daños en el ADN debido al procesamiento prolongado de múltiples pasos y a la centrifugación.
Estas limitaciones, especialmente la lesión iatrogénica por centrifugación, pueden inducir daño al ADN del esperma y conducir a un desarrollo deficiente del embrión aumentando el riesgo de aborto espontáneo después de la fertilización y/o afectando negativamente la salud de la descendencia.
Es preciso que la ciencia y la tecnología se unan para desarrollar sistemas de selección de espermatozoides que sean rápidos, económicos, fáciles de usar, accesibles y eficaces. Que a su vez puedan incorporarse fácilmente en las rutinas de las TRA actuales sin requerir inversión de capital ni cambios significativos en la infraestructura y que no contribuyan a encarecer los tratamientos. Entre los requisitos que deben cumplir los nuevos dispositivos: biocompatibilidad, alto rendimiento, naturaleza no invasiva, automatización de los procesos, reducción del tiempo de procesamiento de las muestras de esperma, reducción del riesgo de contaminación bacteriana y viral, y daño limitado a las células espermáticas.
Las nuevas técnicas de microfluídica parecen cumplir con ampliamente estos requisitos y resultan una opción emergente y atractiva para la selección y análisis de espermatozoides dentro de las TRA.
Los conocimientos adquiridos con los diseños experimentales aquí mostrados pueden aplicarse para diseñar dispositivos comerciales que podamos aplicar en la práctica clínica, facilitando nuestra labor, provocando menor daño de los espermatozoides, optimizando resultados y abaratando costes en los procedimientos.
Los dispositivos de microfluidos no tienen por qué limitarse a estimular uno solo de estos comportamientos en los espermatozoides: Quimitaxis, Termotaxis, Reotaxis y Thigmotaxis. La capacidad de integrar todos estos principios en un solo dispositivo podría incrementar la eficiencia del dispositivo al reproducir más fielmente el complejo sistema de selección de espermatozoides que tiene lugar dentro del TRF.
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