El nacimiento del primer bebé
concebido por fecundación in vitro (FIV) hace 39 años supuso un antes y un
después en el campo de la reproducción asistida. Este logro unido a los avances en el campo de
la nanotecnología ha permitido que un equipo del Instituto de Nanociencias
Integrativas de Dresde (Alemania) liderado por el Dr. Oliver Schimidt haya
desarrollado el Spermbot.
A pesar de que escuchar el término Spermbot
o espermatozoide robot pueda sonar a ciencia ficción, lo cierto es que es una
tecnología muy real que consiste en el ensamblaje de un microdispositivo a un
espermatozoide.
Actualmente en España sufren problemas de infertilidad alrededor de unas 800.000 parejas. En un 30% de los casos se debe a un factor masculino ¿Pero cuáles pueden ser las principales causas de infertilidad en el hombre? La oligospermia y la astenospermia acaparan un 40% de los casos. La primera hace referencia a la disminución en la producción de espermatozoides, la segunda a una disminución de su movilidad.
Hoy en día estas
dos deficiencias son tratadas con las técnicas actuales de reproducción
asistida como son la fecundación in vitro (FIV) y la microinyección
intracitoplasmática de espermatozoides (ICSI). Ambas técnicas requieren de la
extracción de los ovocitos de los ovarios de la mujer para fertilizarlos fuera
del cuerpo y transferir unos días más tarde los embriones al útero. La
aplicación de los Spermbots evitaría
la extracción de los ovocitos promoviendo así una fertilización en condiciones más
naturales. Además, podrían ser útiles para empujar aquellos espermatozoides con
movilidad reducida y, en los casos de bajo recuento espermático, podrían
guiarlos hasta el ovocito sin que se pierdan por el camino.
En una de las
últimas publicaciones de la revista Advanced Materials se presentan dos tipos
de Spermbots, uno cilíndrico y otro
helicoidal. La diferencia radica en que el Spermbot
cilíndrico utiliza un espermatozoide móvil como fuerza motriz para propulsar el
microdispositivo. En cambio, en el Spermbot
helicoidal es el microdispositivo el que propulsa al espermatozoide, siendo
este la carga que debe ser transportada.
Spermbot cilíndrico (izquierda) y Spermbot
helicoidal (derecha)
Ambos enfoques de
estos llamados Spermbots se han desarrollado durante los últimos años
usando espermatozoides bovinos debido a su similitud morfológica con el
espermatozoide humano. Hoy en día todavía no han sido testados en humanos pero
apuntan a una futura aplicación en la reproducción asistida.
El Spermbot
helicoidal es una microestructura en forma de hélice que captura y transporta
los espermatozoides con baja movilidad actuando como una "prótesis"
que se acopla al espermatozoide y lo ayuda a llegar hasta el ovocito para
fertilizarlo. Para poder capturar el espermatozoide se aplica un campo
magnético rotativo externo que impulsa la micro hélice previamente magnetizada
hasta el espermatozoide que es capturado por la cola de manera que empuja la
cabeza hacia delante. Los espermatozoides son capturados uno a uno lo que
requiere mucho tiempo. Una vez capturado y transportado hasta el ovocito, el
espermatozoide se puede liberar invirtiendo la rotación de la hélice.
El Spermbot helicoidal es
especialmente atractivo para tratar la infertilidad masculina motivada por una
disminución en la movilidad de los espermatozoides. También cuando hay un
defecto en la quimiotaxis, permitiendo
orientar correctamente el espermatozoide hacia el ovocito.
Spermbot helicoidal. Espermatozoide
capturado y transportado hasta el ovocito por el microdispositivo en forma de
hélice
El Spermbot
cilíndrico consiste en un microtubo que captura un solo espermatozoide
móvil en su interior quedando la cola fuera para propulsar el microtubo hacía
delante. En este caso, para que el microtubo se acople al espermatozoide se
añade una gran cantidad de microtubos a una muestra de esperma diluida, de
manera que los espermatozoides móviles se introducen de forma aleatoria en su
interior. La dirección del Spermbot
cilíndrico puede ser controlada mediante un campo magnético externo debido a
que los microtubos contienen una capa de titanio y hierro. La liberación de los
espermatozoides de los microtubos se produce aplicando un ligero incremento de
la temperatura en la muestra, de manera que el microtubo se abre permitiendo la
salida del espermatozoide.
El Spermbot cilíndrico resulta atractivo para tratar la infertilidad
masculina que se debe a un bajo recuento espermático. También se ha demostrado
su uso para separar espermatozoides móviles de aquellos que no lo son en una
muestra de semen. Este es un paso importante para que una fertilización in
vitro tenga éxito.
Spermbot cilíndrico. A) Representación
esquemática del espermatozoide y el microtubo. B) Espermatozoide en el interior
del microtubo, imagen obtenida de un microscopio electrónico
Los Spermbots también podrían servir como herramientas de exploración
para obtener más información sobre la migración de los espermatozoides a través
del tracto reproductivo femenino, así como para conocer los obstáculos que
tienen que sobrepasar para llegar hasta su destino final: el ovocito. Esto nos
ayudará a comprender mejor cuales son las razones de las distintas causas de
infertilidad. Otra potencial aplicación de los Spermbots podría ser el transporte y liberación de distintos
fármacos de forma controlada, de manera que el fármaco podría ser incluido en
la superficie externa del microtubo o podría ser encapsulado en el interior del
espermatozoide.
A pesar de que guiar y transportar
espermatozoides in vitro mediante el
uso de Spermbots funciona de manera muy precisa, en condiciones in vivo las cosas cambian.
Los espermatozoides tienen que hacer frente a condiciones muy diferentes y
deben afrontar distintos obstáculos.
En experimentos realizados in vitro
con espermatozoides y ovocitos bovinos vieron que los Spermbots tanto cilíndricos como helicoidales no podían atravesar
las células del cúmulo, que son células que rodean el ovocito y que el
espermatozoide debe atravesar para poder realizar la fertilización. Hasta el
momento se han ideado dos estrategias: Spermbots portadores de enzimas que
puedan aflojar o eliminar la capa de células del cúmulo bioquímicamente, o
mediante perforación mecánica con microestructuras capaces de ejercer una gran
presión en una pequeña área.
Dado que los Spermbots
podrían estar destinados a aplicarse en el cuerpo humano, debe aclararse qué
les sucede después de que hayan completado su tarea ¿Cómo pueden ser
eliminados? Las microestructuras magnéticas pueden eliminarse de la misma forma
en la que se introdujeron, mediante la aplicación de un campo magnético que los
guiará para su expulsión. Otra alternativa sería usar materiales
biodegradables que puedan permanecer dentro del cuerpo sin generar efectos negativos
a largo plazo, como podría ser el hierro debido a su metabolismo en nuestro
cuerpo. Por ejemplo, a
una mujer adulta de entre 19 y 50 años se le recomienda un consumo de 18
mg/día de hierro.
A pesar de que la propuesta
tecnológica de los Spermbots todavía dista de ser aplicada en la reproducción
asistida o como herramienta de entrega de fármacos, hay que tener en cuenta que
ofrece muchos aspectos interesantes en procesos de control a distancia. No hay
que perderles la pista ya que presentan un gran potencial en investigaciones de
migración de esperma in vivo y,
eventualmente, en tecnología de reproducción asistida.
Bibliografía
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Páginas web consultadas
“A new way to make babies: Spermbot”.
Revista National Geographic. Consultado el día 22/12/2017.
Institute for Integrative Nanosciences (IIC). Consultado el día 3/1/2018.
Jennifer Ferrandiz Ward
Máster Biología y Tecnología de la Reproducción (2017/2018)
