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14 de diciembre de 2019

Selección espermática: nuevo método mediante progesterona y distancia


Introducción

El 30℅ de las parejas que recurren a las técnicas de reproducción asistida para conseguir un embarazo presenta infertilidad masculina (Marzano et al., 2019). En la rutina de laboratorio el estudio de la fertilidad masculina se realiza mediante la evaluación de los parámetros establecidos por la Organización Mundial de la Salud (OMS) como son volumen de eyaculado, concentración espermática, morfología y motilidad (OMS, 2010) y según los valores obtenidos se recurre a la aplicación de fecundación in vitro convencional (FIV) o inyección espermática intracitoplasmática (ICSI). En este artículo vamos a realizar una revisión de las técnicas de selección espermática disponibles para seleccionar los espermatozoides con mejor calidad, desde las técnicas más convencionales como gradientes y swim-up hasta las más novedosas como microfluídica o el uso de progesterona.

Centrifugación por gradiente de densidad

Los gradientes de densidad consisten en la centrifugación del semen dispuesto en la superficie de soluciones con diferentes densidades, como por ejemplo 45% y 90% a 400g durante 20 minutos. De esta manera se seleccionarán los espermatozoides por su densidad y se recogerán del pellet resultante tras la centrifugación. Tanto esta técnica como Swim-up (explicada a continuación) son de uso rutinario en los laboratorios de reproducción pero presentan inconvenientes como el aumento de fragmentación en el ADN de los espermatozoides. En el estudio realizado por Muratori et al., 2019 se evaluó el porcentaje de daño en el ADN de los espermatozoides sometidos a Gradiente de densidad y swim-up, obteniendo como resultado un aumento del 60% y del 40% del daño de ADN en los espermatozoides.



Swim-up

Es una técnica que consistente en depositar la muestra de semen en el fondo del tubo y añadir en la parte superior medio de cultivo. Después se centrifuga a 250g durante 10 minutos y se elimina el sobrenadante. A continuación, se añade nuevo medio de cultivo y se incuba entre 20 minutos y 1 hora para que los espermatozoides depositados en el fondo puedan ascender. De esta manera, se recogen de la capa superficial los espermatozoides con mejor motilidad y morfología (Berguera et al., 2014; Marzano et al., 2019). Como se comentó anteriormente,  el swim-up es una técnica muy usada pero que aumenta la fragmentación del ADN en espermatozoides.




PICSI

Es una técnica basada en el uso de ácido hialurónico (HA) como método de selección espermática. El ácido hialurónico es un glicosaminoglicano que se encuentra presente tanto en el moco cervical como en las células del cúmulo. Además, cabe destacar que los espermatozoides presentan receptores para ácido hialurónico por lo que aquellos que se unen a HA se encontrarán en estado de madurez, lo que permitirá que sean usados en las técnicas de TRA.  Se han realizado varios estudios sobre la efectividad de esta técnica, entre ellos el de Kim et al., 2019, donde se estudian 152 parejas con infertilidad masculina. En este estudio la infertilidad se debía a teratozoospermia con menos de 1% de espermatozoides con formas normales. De las 152 parejas, 77 fueron sometidas a PICSI, es decir, selección de espermatozoides mediante HA y realización de ICSI. Los resultados de este estudio muestran un aumento de las tasas de fecundación y de embriones de buena calidad en comparación a la selección a microscopio de solo por morfología y motilidad y realización posterior de ICSI.



Microfluídica


El método de microfluídica está basado en el recorrido que deben realizar los espermatozoides por el tracto genital femenino. De esta forma, se ha desarrollado un chip compuesto de microcanales para seleccionar aquellos espermatozoides que presentan mayor motilidad y menor porcentaje de anomalías, como fragmentación del ADN. (Berguera et al., 2014). Los métodos de selección espermática mediante microfluídica se pueden dividir según usen mecanismos activos o pasivos de selección. Los métodos activos están basados en el uso de gradientes químicos, electroforesis o flujos, mientras que los métodos pasivos seleccionan los espermatozoides en base a su motilidad únicamente. Cabe destacar que esta técnica es no invasiva y muestra mejores resultados en la vitalidad, motilidad y morfología en comparación a las técnicas de centrifugación y swim-up. (Nosrati et al., 2017).



Columnas de Anexina V (MACS)

MACS es una técnica que consistente en la incubación de los espermatozoides con microperlas funcionalizadas con Anexina V. Durante esta incubación aquellos espermatozoides que hayan externalizado fosfatidilserina en la hemicapa externa de la membrana debido al inicio del proceso de apoptosis quedarán unidos a estas microperlas. Tras la incubación la muestra pasará por una columna con propiedades magnéticas donde los espermatozoides unidos a las microperlas quedarán retenidos. De esta manera solo los espermatozoides no unidos a la columna se usarán para fertilizar (Berguera et al., 2014).



Progesterona-distancia

Lin et al.,2019 han desarrollado un dispositivo basado en la distancia que deben recorrer los espermatozoides desde la vagina hasta las trompas de Falopio y en la quimiotaxis que sufren estos mediante la progesterona secretada por las células del cúmulo durante el proceso de selección natural. La quimiotaxis consiste en que los espermatozoides se mueven en la dirección de un gradiente formado por una sustancia química o péptido, y solo los espermatozoides capacitados responden a esta. Por lo tanto, los espermatozoides seleccionados por quimiotaxis están capacitados y son de mejor calidad.

El dispositivo desarrollado está formado por un cámara que simula la vagina (A) y dos cámaras que simulan los ovarios (F y G). Los canales que comunican F y G simulan las trompas de Falopio, quedando en el centro una cavidad que hace las veces de útero. En el estudio realizado por Lin et al., 2019 se dispusieron las mezclas de agar y quimioatrayentes (para simular el gradiente de progesterona) de la siguiente forma: se establecieron tres surcos con agar entre el útero (C) y uno de los ovarios (F) (D1, D2 y D3) y otros tres surcos entre C (útero) y G (ovario) (E1, E2 y E3). Se depositó una solución control formada por 2% de agar y DMSO en el surco D1 y una solución de 2% agar con 0.3 M de progesterona en E1. Tras depositar semen seleccionado mediante gradiente de densidad en la cámara A se les proporcionó 150 minutos para nadar y llegar a las cámaras más alejadas. Tras este tiempo se hicieron las evaluaciones de morfología, dispersión de cromatina y apoptosis. Tras la realización del experimento solo se encontraron diferencias significativas entre la morfología de los espermatozoides del punto E1 y D2, teniendo los del surco E1 mejor morfología.



Discusión

Cómo se ha descrito a lo largo de este artículo, existen numerosas técnicas para la selección espermática. Las más usadas son la centrifugación por gradiente de densidad y swim-up. Estas técnicas son poco costas y rápidas de llevar a cabo, pero presentan el inconveniente de que producen daños en el ADN espermático, tal y como recogen los trabajos realizados por De Martin et al., 2017 y Muratori et al., 2019. Debido a este inconveniente, se han desarrollado nuevas técnicas para poder seleccionar los espermatozoides más viables, motiles y con mejor morfología. Son muchas las técnicas desarrolladas como el uso de columnas de Anexina V, microfluídica y PICSI, de las cuales se han realizado diferentes estudios con resultados prometedores. En cuanto a la PICSI Nasr-Esfahani el al., 2008 informaron que los espermatozoides seleccionados por esta técnica mostraron menos deficiencia de protamina, fragmentación de ADN y morfología anormal en comparación con las técnicas convencionales de selección espermática. Por otro lado, en el estudio realizado por Troya & Zorrilla, 2015 se demostró que, en parejas infértiles, la selección mediante el uso de columnas de Anexina V limita la cantidad de esperma seleccionado que presenta ADN dañado, lo que condujo a mejores tasas de embarazo clínico en comparación con ICSI convencional y PICSI. Una de las técnicas más novedosas de selección espermática es la microfluídica. Esta técnica se presenta como una potente alternativa a swim-up y a la centrifugación por gradiente densidad, tal como se explica en los trabajos de Shirota et al., 2016 y Nosrati et al, 2017. Finalmente, cabe destacar la creación de una nueva técnica de selección espermática basada en el uso de un gradiente quimiotáctico de progesterona y en imitación de la distancia que deben recorrer los espermatozoides por el tracto genital femenino. Con esta técnica, desarrollada por Lin et al, 2018 se consigue seleccionar espermatozoides de mejor morfología y con menos fragmentación del ADN, por lo que se presenta como una muy buena técnica para la selección espermática, pero aún deben realizarse más estudios con mayor número de pacientes y diversas causas de infertilidad para comprobar su verdadera eficiencia.

Podemos concluir que, pese al gran número de técnicas desarrolladas para la selección espermática, aún no se ha desarrollado aquella que destaque en sus resultados por encima de las demás, todas poseen sus ventajas e inconvenientes, siendo algunas de ellas demasiado recientes como para poder obtener alguna conclusión en firme sobre su efectividad en clínica.

Bibliografia

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Marzano, G., Chiriacò M.S., Primiceri, E., Dell’Alquila, M.E., Ramalho-Santos,J., Zara, V., Ferramosca,A & Mauriccio, G. (2019). Sperm selection in assisted reproduction: A review of established methods and cutting-edge possibilities. Biotechnology Advances. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2019.107498

Muratori M, Tarozzi N, Carpentiero F, Danti S, Perrone FM, Cambi M, Casini A, Azzari C, Boni L, Maggi M, Borini A & Baldi E. (2019). Sperm selection with density gradient centrifugation and swim up: efect on DNA fragmentation in viable spermatozoa. Scientific Reports 9, 7492. https://doi.org/10.1038/s41598-019-43981-2

Nasr-Esfahani, M.H., Razavi, S., Vahdati, A.A., Fathi & F. Tavalaee, M. (2008). Evaluation of sperm selection procedure based on hyaluronic acid binding ability on ICSI outcome. J Assist Reprod Genet, 25(5), 197-203. https://doi.org/10.1007/s10815-008-9223-4

Nosrati, R., Graham, P.J., Zhang, B., Riordon, J., Lagunov, A., Hannam, T.G., Escobedo, C., Jarvi, K & Sinton, D. (2017). Microfluidics for sperm analysis and selection. Nature Reviews Urology, 14(12), 707-730. https://doi.org/10.1038/nrurol.2017.175

Troya, J. & Zorrilla, I. (2015). Annexin V-MACS in infertile couples as method for separation of sperm without DNA fragmentation. JBRA Assist Reprod, 19(2), 9-66. https://doi.org/10.5935/1518-0557.20150015

Shirota, K., Yotsumoto, F., Itoh, H., Obama, H., Hidaka, N., Nakajima, K. & Miyamoto, S. (2016). Separation efficiency of a microfluidic sperm sorter to minimize sperm DNA damage. Fertiliy and Sterility, 102(2), 315-321. https://doi.org/10.1016/j.fertnstert.2015.10.023.



7 de enero de 2016

SEXO A LA CARTA


        La selección del sexo de la descendencia antes de la concepción, ha sido y es, un gran reto tanto para científicos como para ganaderos. La producción de animales según el sexo tiene beneficios económicos obvios en la producción de animales de abasto, ejemplo de ello es la preferencia de hembras en el sector bovino de producción de leche. Sin embargo, en animales de compañía como es el caso del caballo, la elección entre un sexo u otro es algo mucho más subjetivo y depende de las preferencias del propietario, aunque se sabe que algunas líneas producen mejores descendientes hembras, mientras que otras producen mejores machos. Además, dada la situación económica actual, la obtención de descendientes del sexo deseado disminuiría la producción innecesaria de muchos productos con el fin del conseguir el animal anhelado.

En 1998, nació la primera potra concebida mediante la técnica de selección de sexo; "Call Me Madam", que es como la llamaron, fue producida por XY Inc., de Fort Collins, en Colorado (empresa que actualmente es portadora de la patente), aunque el servicio no estuvo disponible comercialmente para criadores hasta el año 2010.

   


La elección del sexo de las crías al nacer, es un requerimiento cada vez más frecuente por parte de los criadores de caballos. Ejemplo de ello lo tenemos en algunas disciplinas deportivas como la doma clásica, dónde se prefieren animales del sexo masculino, mientras que en el polo, donde la raza más utilizada es la de Polo Argentino, existe un gran interés deportivo y, sobre todo, comercial de la hembra sobre el macho, al considerarse las hembras más audaces y valientes.  En las disciplinas de “raid” y “cross country” se suelen preferir machos, ya que éstos tienen menos predisposición para sufrir ciertas enfermedades de esfuerzo como las miositis.

Sin embargo, aunque nos podría parecer la panacea, no todo es tan sencillo.  El trabajo con semen sexado de caballo es muy caro y se requieren tecnologías y personal muy especializado, además de existir numerosas dificultades para obtener los resultados deseados.

Actualmente, el único método repetible y fiable de selección de espermatozoides en función del sexo está basado en la tecnología de separación de Beltsville, que utiliza la citometría de flujo adaptada para espermatozoides, y que permite realizar esa separación mediante la detección de las distintas fluorescencias que emiten los dos tipos de espermatozoides.

    
 Citómetro de flujo adaptado para el sorter de células de la Universidad de Oviedo

          El sexo de la descendencia se determina de forma natural en el momento de la fecundación, en función del tipo de espermatozoide que fecunda al óvulo. Los espermatozoides que portan el cromosoma X van a dar lugar a hembras, mientras que los que portan el Y van a dar lugar a machos.

        Se ha comprobado que el cromosoma X contiene más ADN que el Y (por lo tanto es más denso y tiene algo más de masa), aunque esta diferencia va a variar entre especies, y es uno de los factores que van a determinar lo fácil que será sexar una muestra de semen. En concreto en la especie equina, el X tiene un 3,7% más de ADN que el Y.
  
    

 Imagen obtenida de http://www.desmotivaciones.es


      Es en base a esta diferencia en el contenido de ADN de ambos cromosomas sexuales, detectada en el sorter por fluorescencia, en las que se basan las tecnologías de sexado espermático.




Además de la proporción de ADN, existen otras muchas variables que van a definir la capacidad de un eyaculado para ser dividido, y es lo que se denomina “índice de divisibilidad”. Está definido fundamentalmente por la diferencia en el contenido de ADN y por la forma y el tamaño de la cabeza del espermatozoide, y que varían entre las distintas especies de mamíferos. Mientras más grande, aplanada y ovalada sea la cabeza, más fácilmente podrá ser orientada en el citómetro, y además, se ha establecido que una muestra seminal va a ser “separable” cuando la diferencia de contenido de ADN de los dos tipos de espermatozoides sea como mínimo del 3,5%. 

        De los mamíferos estudiados, el hombre y el equino son los más difíciles de separar, ya que el área de la cabeza de ambos es bastante pequeña y las diferencias en el contenido de ADN no son muy grandes (3,7% en el caballo y 2,8% en el humano), lo que definen índices de divisibilidad bajos.

Hay que tener en cuenta que los únicos diluyentes que van a mantener la fertilidad del eyaculado del caballo son aquellos constituidos a base de leche desnatada, lo cual proporciona una opacidad a la muestra, que interfiere con el proceso de separación, cosa que no ocurre en otras especies.

Debido a los inconvenientes anteriores, al final del proceso vamos a obtener unas cantidades de espermatozoides del sexo deseado muy pequeñas, y en la especie equina necesitamos una gran cantidad de espermatozoides para conseguir una preñez. Para solventar este problema, se desarrolló una técnica de inseminación con bajas dosis de espermatozoides, en la que, mediante un endoscopio, se deposita la dosis inseminante justo al final del útero. De esta manera se evita el paso de los espermatozoides por el útero entero, donde se perdería una gran parte de ellos.

Con el desarrollo de la técnica anterior se solventa la cuestión de la baja dosis obtenida, sin embargo, uno de los grandes problemas que presenta el semen sexado de caballos es la obtención de resultados muy bajos cuando se ha intentado congelar. Esto es un gran inconveniente, ya que en la mayoría de los casos, el laboratorio, con el equipo altamente especializado, no va a estar cerca del caballo cuyo semen queremos sexar o de la yegua que queremos inseminar.

Como puede observarse, existen aún multitud de  limitaciones para que el sexado de semen pueda establecerse de forma comercial en la industria equina.

Argentina es uno de los países en los que dicha industria constituye una importante fuente de ingresos y en el que la obtención de un determinado sexo u otro supone una inversión importante, al considerar el polo como deporte nacional y mover cantidades importantes de dinero. En este país se hace todo lo posible para obtener hembras, ya que son las que se van a utilizar en esta disciplina deportiva, y están dispuestos a pagar por ello cualquier precio. Esto lo utilizan las distintas empresas licenciatarias de la patente de sexado seminal, llegando a desarrollar distintas estrategias comerciales como son la de albergar al semental y a la yegua destinataria en instalaciones preparadas al respecto, o incluso llegando a desplazar la máquina de sexado en trailers hasta las explotaciones que contraten sus servicios.
            

Remolque-laboratorio con el aparataje necesario para sexar el semen y facilitar el proceso

Bibliografía


Balao da Silva, C. M., C. Ortega Ferrusola, a. Morillo Rodriguez, J. M. Gallardo Bolaños, M. Plaza Dávila, J. M. Morrell, H. Rodriguez Martínez, J. a. Tapia, I. M. Aparicio, and F. J. Peña. 2013. “Sex Sorting Increases the Permeability of the Membrane of Stallion Spermatozoa.” Animal Reproduction Science 138 (3-4): 241–51. doi:10.1016/j.anireprosci.2013.02.021.

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Páginas webs consultadas


“Artículo Sobre Semen Sexado En Revista Polo Live.” Acceso 3 de Enero de 2016. http://www.reproduccionequina.com.ar/pololive.php.

“Biotecnología | Goyaike.” Acceso 3 de Enero de 2016.                         http://www.goyaike.com.ar/?page_id=11.

“Carteles de Cromosomas | Desmotivaciones.” Accesso 5 de Enero de 2016.                                                                                       http://www. desmotivaciones.es/carteles/cromosomas/recientes.

“Esperma Sexado de Equinos Disponible Comercialmente En El 2010 | Argos Portal Veterinaria.” Acceso 3 de Enero de 2016. http://www.argos.portalveterinaria.com/noticia/4915/actualidad/esperma-sexado-de-equinos-disponible-comercialmente-en-el-2010-.html.

“Inseminación Con Semen Sexado, E Incremento de La Fertilidad Al Usarlo En Vacas Individuales O En Vacas Superovuladas.”. Acceso 3 de Enero de 2016.                     https://www.engormix.com/MA-ganaderia-carne/genetica/articulos/inseminacion-con-semen-sexado-t4714/103-p0.htm.



Para más información ver: SEMEN SEXADO EN LA ESPECIE EQUINA: LIMITACIONES AL USO COMERCIAL


Pilar Nieto Olmedo
Laura García Sánchez

Máster en Biología y Tecnología de la Reproducción de la Universidad de Oviedo
Curso 2015-2016