Y LE LLEGÓ EL TURNO AL HOMBRE

¿Eres mujer, estás cansada de tomar anticonceptivos hormonales y preferirías que por una vez fuese él quien se preocupara? ¿Eres hombre y detestas los profilácticos habituales? Si la respuesta es sí, ¡tranquilo! La anticoncepción masculina no hormonal es la solución a tus problemas.

 

Probablemente todo el mundo (y eso incluye a los ya más de 7200 millones de personas del planeta) sabe que un embarazo no deseado es siempre una mala noticia. De hecho, en Estados Unidos las gestaciones no buscadas llevan a que se produzcan ¡más de 1 millón de abortos anuales! 

En el campo de la anticoncepción las mujeres han llevado siempre la voz cantante. Pero ahora le ha llegado el turno al hombre: Los investigadores parecen haberse dado cuenta de que la reproducción es cosa de dos, y de hace un tiempo a esta parte han venido buscando avances para generar anticonceptivos masculinos. Aunque, obviamente, no es tan fácil como parece, ya que cualquier anticonceptivo debe cumplir 3 requisitos básicos: Ser seguro, eficaz y, sobre todo, reversible.

Los primeros intentos apuntaron a la anticoncepción hormonal (algo similar a la píldora anticonceptiva femenina), tratando de interrumpir el eje hipotálamo-hipófisis-testículo, que controla la espermatogénesis. Sin embargo, y aunque al principio parecía que todo iba viento en popa, pronto aparecieron efectos secundarios (como el aumento del tamaño de la próstata) que supusieron una importante traba en el desarrollo de este tipo de anticonceptivos. 

Por eso, para evitar los efectos secundarios, empezaron a buscarse otras alternativas de anticoncepción no hormonal. ¿Quieres conocer las dos  que más nos han llamado la atención? ¡Sigue leyendo!

·           Las vacunas anticonceptivas:

       Dicho de forma simple, una vacuna no es más que una solución que contiene un antígeno, es decir, una molécula que es capaz de generar una respuesta inmune en nuestro organismo. Así, sintetizamos anticuerpos para identificar esa molécula y destruirla. La idea que hay detrás de las vacunas anticonceptivas consiste en buscar moléculas presentes en la membrana de los espermatozoides e introducirlas en el organismo masculino. De esa forma, si un chico se vacuna sintetizará anticuerpos contra sus propios espermatozoides y los secretará en el plasma seminal, lo cual evitará que su semen sea capaz de fecundar el ovocito de su compañera.

       Pero como siempre, nada es tan fácil como parece a simple vista. Y es que no cualquier molécula puede servirnos como antígeno: si seleccionamos una molécula que no solo se exprese en la membrana del espermatozoide, sino también en otro órgano del cuerpo, el sistema inmunitario atacaría también ese órgano no diana causando nefastas consecuencias. Por ello, varios científicos han investigado mucho para buscar moléculas específicas de los espermatozoides, y han encontrado varias, como las proteínas CatSper o SAGA-1.(leer más)

       Esto es precisamente lo que hicieron O’Rand y sus colaboradores, según un artículo publicado en la revista Science (leer más). Este grupo de investigación seleccionó una proteína espermática llamada eppina. Para averiguar si dicha proteína sería útil en la anticoncepción, realizaron un experimento con macaco de la especie Macaca radiata. Tenían dos grupos de monos, y a unos les inyectaron eppina (grupo experimental) y a otros no (grupo control). Luego dejaron aparearse a cada macho con 3 hembras diferentes durante un tiempo determinado, y vieron si eran capaces o no de dejarlas preñadas.  Los investigadores pudieron comprobar cómo solo los monos del grupo control pudieron procrear, mientras que los machos vacunados eran 100% estériles.

       Seguramente a estas alturas te estarás preguntando “Pero si destruyo mis espermatozoides… ¿qué pasa si luego me arrepiento?” No te preocupes, O’Rand también pensó en ello, y reportó que el 71% de los monos del grupo experimental recuperó la fertilidad al dejar de ser vacunados. (Sí, sabemos que no es el 100%... pero no negarás que es un resultado muy esperanzador para empezar). 

·           Los fármacos anticonceptivos derivados del fármaco Lonidamina: 

       El descubrimiento de la capacidad anticonceptiva de la Lonidamina fue, al igual que muchos otros inventos geniales en la historia (como la penicilina, sin ir más lejos), una afortunada serendipia.  Resultó ser que unos investigadores que estudiaban el uso de la Lonidamina como anticancerígeno descubrieron su capacidad para romper las uniones entre las espermatogonias (que son las células precursoras de los espermatozoides) y las llamadas células de Sertoli (unas células que actúan como nodrizas de los espermatozoides en desarrollo). Y cuando dichas uniones se rompen, los espermatozoides no pueden desarrollarse adecuadamente (con lo que el hombre en cuestión sería estéril).

      A la vista de ello, se creyó que la Lonidamina sería un anticonceptivo  excelente. Pero desgraciadamente cuando se aplicó en experimentos se comprobó que existían numerosos efectos secundarios muy poco deseables (como vómitos, dolor muscular y testicular, daños hepáticos…) y que hacían poco realista el uso de la lonidamina como tal. Por lo tanto, se hizo necesario obtener sustancias derivadas de ella que redujesen dichos efectos indeseables. Y así fue como surgieron la adjudina, el gamendazol o el BDC-4022, que han demostrado ser efectivos en rata, perro, conejo y mono (leer más). 

       El beneficio principal que aportaban estos derivados era que seguían manteniendo la misma capacidad anticonceptiva de la   Lonidamina, pero además no tenían ningún efecto secundario, ni afectaban a los niveles de testosterona. Lo que significa que los hombres pueden seguir manteniendo su líbido. El único inconveniente de estos fármacos es… Su precio. Y es que al tratar de mejorar su seguridad el proceso se encarece en exceso, por lo que de momento todavía no es una opción asumible para los bolsillos.

Para resumir, parece que la comunidad científica tiene mucho interés en el desarrollo de nuevos métodos de anticoncepción destinados a los hombres, quienes a día de hoy tienen muy pocas opciones disponibles. La inversión de recursos para este fin está justificada no solo por  el vertiginoso aumento de los embarazos no deseados, sino también como una forma de dividir la responsabilidad de la planificación familiar entre la parte femenina y masculina de la pareja. A día de hoy hay varios frentes abiertos, entre los que destacan las vacunas anticonceptivas (que parecen muy efectivas en primates) y los fármacos anticonceptivos (que también han sido eficaces en varias especies animales). Si bien es cierto que aún falta bastante camino por recorrer, parece que los anticonceptivos no hormonales masculinos podrían ser una realidad en un futuro no tan lejano.

       ¡Ah! Y por último, por si no te hemos convencido y crees que invertir en anticoncepción masculina es como sembrar en tierra yerma: No olvides que los hombres no son los únicos machos del reino animal, de modo que los avances que se consigan en la anticoncepción "para ellos" podrían también ser aplicados en otros ámbitos. Por ejemplo, en el control de esas molestas plagas de topillos y otros mamíferos con elevada tasa de reproducción que tanto odian los agricultores... ¡Nada de Ciencia yerma por aquí!

Bibliografía

1. http://www.un.org/en/development/desa/population/publications/pdf/development/pde_wallchart_2013.pdf [Internet]. [citado 4 de diciembre de 2013].

2. Krause WK, Naz RK. Immune Infertility: The Impact of Immune Reactions on Human Infertility. Springer; 2009.

3 Naz RK. Development of genetically engineered human sperm immunocontraceptives. Journal of reproductive immunology. 2009;83(1):145-50.

4. O’rand MG, Widgren EE, Sivashanmugam P, Richardson RT, Hall SH, French FS, et al. Reversible immunocontraception in male monkeys immunized with eppin. Science. 2004;306(5699):1189-90.

5. Moulana M, Lima R, Reckelhoff JF. Metabolic syndrome, androgens, and hypertension. Current hypertension reports. 2011;13(2):158-62.

6. Wang Z, Widgren EE, Richardson RT, Michael GO. Characterization of an eppin protein complex from human semen and spermatozoa. Biology of Reproduction. 2007;77(3):476-84.

7. Mok K-W, Mruk DD, Lie PP, Lui W-Y, Cheng CY. Adjudin, a potential male contraceptive, exerts its effects locally in the seminiferous epithelium of mammalian testes. Reproduction. 2011;141(5):571-80.

8. http://www.uniprot.org/uniprot/Q8NEC5.Cation channel sperm-associated protein 1 - Homo sapiens (Human) [Internet] [citado 5 de diciembre de 2013].

9. Nazari M, Mirshahi M, Mowla S-J, Bamdad T, Sarikhani S. Investigation In Vitro Expression of CatSper Sub Fragment followed by Production of Polyclonal Antibody: Potential Candidate for The Next Generation of Non Hormonal Contraceptive. Cell Journal (Yakhteh). 2012;14(3):215.

10. Norton EJ, Diekman AB, Westbrook VA, Flickinger CJ, Herr JC. RASA, a recombinant single-chain variable fragment (scFv) antibody directed against the human sperm surface: implications for novel contraceptives. Human Reproduction. 2001;16(9):1854-60.

11. Silva EJ, Hamil KG, Richardson RT, O’Rand MG. Characterization of EPPIN’s Semenogelin I Binding Site: A Contraceptive Drug Target 1. Biology of reproduction. 2012;87(3).

      

        Autores: 

              Beatriz de Arriba Ruiz

              Mª de los Ángeles de Pedro Muñoz

             Marta Pérez Cabo

Máster en Biología y Tecnología de la Reproducción

Universidad de Oviedo 2012-2013

 

LA ANTICONCEPCIÓN MASCULINA: MÉTODOS NO HORMONALES

 

    Actualmente la población mundial ya supera los 7200 millones de personas ⁽¹⁾ y esta cifra aumenta a un ritmo de 1000 millones cada doce años⁽²⁾⁽³⁾. Además, muchas de las gestaciones que se producen no son deseadas y eso lleva a que solo en Estados Unidos se produzcan más de 1 millón de abortos anuales ⁽²⁾.

    Existen numerosos métodos anticonceptivos disponibles para mujeres. Sin embargo, las opciones para hombres están actualmente limitadas a los preservativos y la vasectomía. Dado el interés que tendría para la planificación familiar y el control de la natalidad se están tratando de desarrollar anticonceptivos masculinos que sean efectivos, seguros y reversibles ⁽⁴⁾.

   Los primeros intentos se realizaron con anticoncepción hormonal, tratando de interrumpir el eje hipotálamo-hipófisis-testicular. Sin embargo, a pesar de presentar inicialmente resultados alentadores, posteriormente se observaron efectos adversos como la pérdida de masa ósea, el aumento del tamaño de la próstata o la elevación de la presión arterial ⁽⁵⁾.

     Más tarde se fueron implementando otras estrategias no hormonales que han reportado resultados bastante prometedores. Entre ellos destacan los métodos inmunológicos antiespematozoides (basados en el uso de proteínas espermáticas antigénicas para sintetizar anticuerpos antiespermatozoides) ⁽⁶⁾ y los compuestos químicos derivados de lonidamina (como la adjudina, el gamendazol o el CDB-4022) ⁽⁷⁾.

       Por todo esto, el objetivo de esta breve revisión bibliográfica consiste en repasar los avances hasta la fecha en los métodos anticonceptivos masculinos no hormonales mencionados previamente.

1.- MÉTODOS INMUNOLÓGICOS ANTIESPERMATOZOIDES

      Los espermatozoides son capaces de generar una respuesta inmunitaria tanto en mujeres como en hombres, lo que puede llevar a un estado de infertilidad. La finalidad de los métodos inmunológicos es tratar de aprovechar dicha respuesta inmune utilizando una proteína antigénica que se exprese específica y diferencialmente en la membrana del espermatozoide. Así, podrían generarse vacunas que incrementarían el título de anticuerpos en el plasma seminal y causarían la esterilidad reversible del varón al que se le aplicaran ⁽²⁾.

     Existen numerosos antígenos en la membrana del espermatozoide que se han estudiado para la generación de anticuerpos. Entre ellos destacan:

  1.1.- “Cation channel sperm-associated protein 1” (CatSper 1)

   Se trata de una de las proteínas constituyentes de un canal de calcio dependiente de voltaje expresado en la membrana plasmática de los espermatozoides. Dicho canal tiene un papel esencial en la regulación del flujo de calcio y, por lo tanto, en la hiperactivación de la motilidad, en la reacción acrosómica y en la quimiotaxis hacia el ovocito ⁽⁸⁾.

    Un fragmento extracelular de CatSper1 se clonó individualmente en dos plásmidos: pEGFP-N1 y pET-32a. El primero se usó como vacuna de DNA para inmunizar ratones Balb/C mientras que el segundo se utilizó para obtener el péptido CatSper1 que se usó como antígeno para un ensayo ELISA y un Western-blot. Por último, se obtuvo suero de los ratones Balb/C, que fue el usado como anticuerpo en las pruebas citadas. Los resultados mostraban que los ratones inmunizados tenían un elevado título de anticuerpo y que su suero era capaz de reconocer el antígeno CatSper1 adecuadamente. Esto podría ser una herramienta potencial para generar vacunas contraceptivas capaces de reducir la motilidad espermática ⁽⁹⁾.

1.2.- “Human sperm agglutination antigen-1” (SAGA-1) y el anticuerpo antiespermatozoides recombinante RASA.

      SAGA-1 es un péptido expresado en el epitelio del epidídimo y que aparece también en la membrana del espermatozoide tras su tránsito epididimario. El “core” de SAGA-1 es idéntico a la glicoproteína CD52 de la superficie de los linfocitos, pero sus estructuras hidrocarbonadas son inmunológicamente distintas, por lo que se pueden identificar diferencialmente usando anticuerpos ⁽¹⁰⁾.

      El anticuerpo monoclonal S19 es un anticuerpo anti-SAGA1 cuya reacción antígeno-anticuerpo causa la aglutinación de los espermatozoides con un patrón cabeza-cabeza, cola-cabeza o cola-cola. A partir de él se obtuvo el fragmento variable scFv a través de la clonación de su cDNA en el plásmido pCANTAB 5E y la transformación de la bacteria E. coli HB2151 con el plásmido portador del inserto. En el proceso de clonación el fragmento scFv se marcó con un E-tag para poder detectarlo con anticuerpos anti-E-tag. Al anticuerpo antiespermatozoides recombinante final se le llamó RASA.

     Tras purificarlo se probó su eficacia con un ensayo de aglutinación espermática a temperatura ambiente utilizando semen de donantes. La concentración de los espermatozoides fue de 20*10⁶espermatozoides/ml y la dilución del anticuerpo 1:10. Transcurridos 2 minutos se evaluó la motilidad con microscopía de contraste de fases, y se observaron los siguientes resultados (Figura 1): 

A.- RASA fue capaz de aglutinar los espermatozoides adecuadamente.
B.- El anticuerpo anti-E-tag confirmaba la presencia de RASA en todos los focos de aglutinación.
C.- El control positivo realizado con el anticuerpo S19 completo aglutinaba de forma semejante al fragmento scFV.
D.- No había aglutinación si se utilizaba el scFv inactivo con anti-E-tag.

Fig 1: Aglutinación de espermatozoides humanos con RASA

                                                        
           De esta forma se puede afirmar que RASA podría ser utilizado en el futuro como posible método de anticoncepción masculina en humanos.  
 

·          

      1.3.- Eppina

         La proteína antigénica con la que se han conseguido mejores resultados hasta la fecha es la eppina. Se trata de un inhibidor de la proteasa del epidídimo codificado por el gen Eppina. La eppina se expresa en la superficie de los espermatozoides y es el constituyente central del “Eppin Protein Complex” (EPC), que también incluye a la Clusterina (CLU) y la Lactotransferrina (LTF) ⁽⁶⁾. La semenogelina, una proteína del semen que actúa como factor decapacitante, se une a EPC durante la eyaculación e inhibe la motilidad espermática a través del control del pH y el calcio internos, y regula también la formación de coágulos seminales. Se cree que la unión de un anticuerpo a la eppina tiene un efecto decapacitante similar a la unión semenogelina-eppina ⁽¹¹⁾. O’Rand y col. realizaron un estudio en primates no humanos (Macaca radiata) para comprobar la eficiencia de la eppina en la inmunocontracepción masculina. 

         Su diseño experimental constaba de dos grupos de monos de entre 7 y 12 años de edad, uno experimental y otro contol. El grupo control estuvo compuesto por 6 machos de M. radiata y el experimental por 7. Además, éste último se subdividía a su vez en 2 subgrupos I y II, de 4 y 3 machos respectivamente. El tratamiento que recibieron fue el siguiente:

o Machos control: Se les inyectó el adyuvante escualeno.
o Grupo I experimental: Se les inyectó eppina y adyuvante escualeno.
o Grupo II experimental: Se les inyectó eppina y adyuvante Freund completo (CFA).

      Todos los machos desarrollaron títulos elevados de anticuerpos anti-eppina en el plasma seminal  (>1:10000), que se mantuvieron elevados durante el tiempo que duraron los apareamientos de los machos con hembras de M. radiata. El grupo experimental I mantuvo un título mayor de 1:1000 durante 775 días, y el II durante 481 (Figura 2).

              Fig 2: Tiempo (días) de mantenimiento de un título superior a 1:1000 en ratones experimental (gráfica superior)       y ratones control (gráfica inferior)

        Además, no hubo efecto alguno en la concentración de testosterona en ninguno de los grupos (Figura 3).

Fig 3: Efecto de la eppina sobre la concentración de testosterona

         Todos los monos, tanto los controles como los experimentales, se aparearon con 3 hembras diferentes durante el periodo fértil de las hembras y a lo largo de 3 ciclos ovulatorios. Durante 691 días (desde el inicio de la inmunicación) ningún mono del grupo experimental fue capaz de lograr gestaciones, lo que implica un 100% de efectividad de anticoncepción y sugiere que el título seminal de anticuerpos seguía siendo elevado. En el mismo tiempo, 4 de los 6 monos del grupo control consiguieron preñeces. 

         Finalmente, el día 691 se comenzó con el periodo de recuperación en el que los monos experimentales dejaron de ser inmunizados. Durante este periodo, 3 de 4 monos del grupo experimental I y 2 de 3 monos del grupo II recuperaron la fertilidad, lo que supone un total del 71% de recuperación, (Figura 4).

 

Fig 4: Recuperación de la fertilidad tras el cese del tratamiento con eppina

         Como se ha visto, este estudio propone una inmunocontracepción efectiva y reversible en primates no humanos, y prueba que la inmunocontracepción masculina es una meta alcanzable.

2.- COMPUESTOS QUÍMICOS DERIVADOS DE LONIDAMINA.

        La lonidamina [Ácido 1-(2,4-diclorobenzil)-1H-indazolo-3-carbosílico] es una sustancia química que fue utilizada inicialmente como medicamento contra el cáncer, pero posteriormente se descubrió que poseía actividad antiespermatogénica. Es capaz de inducir la vacuolización del retículo endoplasmático de las células de Sertoli y la exfoliación de las células germinales del epitelio seminífero en los testículos de los mamíferos ⁽⁷⁾. 

           El gran inconveniente de esta sustancia era que tenía varios efectos secundarios como dolor muscular, testicular, vómitos, daño hepático… por lo que se trató de desarrollar derivados de la lonidamina con el propósito de disminuir su efecto tóxico manteniendo su efectividad. Así se consiguieron varios derivados de la lonidamina: adjudina, el gamendazol y el BDC-4022.  


2.1.- Adjudina [1-(2,4-diclorobenzil)-1H-indazol-3-carbo-hidrazida]

        Se identificó como un potente anticonceptivo masculino a la vista de los resultados de un ensayo en el que se aplicaron dos dosis de 50 mg/kg de peso corporal en un modelo de ratas. Con esto se conseguía inducir la infertilidad al 100% en una semana. Transcurridas cinco semanas tras del tratamiento, todas las ratas recuperaban su fertilidad. Este ensayo también se realizó en perros y conejos y en ninguno de los casos se detectaron efectos secundarios. Otro resultado destacable es que no hubo variaciones de testosterona, FSH ni LH en el suero, por lo que no se veía afectado el eje Hipotálamo-Hipófisis-testicular. El único inconveniente de este nuevo fármaco era el estrecho margen entre la eficiencia y toxicidad, por lo que se decidió mejorarlo añadiéndole un conjugado que permitiera reducir la dosis y, por lo tanto, la toxicidad sistémica. Esto resultó exitoso pero el precio de la producción es excesivamente elevado como para ser viable.

       La adjudina interrumpe las uniones intercelulares entre las células germinales (concretamente las espermátidas elongadas) y el epitelio apical seminífero de las células de Sertoli ⁽⁷⁾. (Figura5)

2.2.-Gamendazol (E)-3-[1-[(2,4-Dichlorophenyl) methyl]-6-(trifluoromethyl) indazol-3-yl] prop-2-enoic acid

         El gamendazol es otro análogo de la lonidamina. Se ha demostrado en estudios recientes en rata que con una única dosis de este fármaco, en función del peso corporal del sujeto experimental, puede inducir entre un 67% y un 100% de infertilidad. Sin embargo, a pesar de que no se observaron efectos secundarios, en este caso no siempre recuperaron la fertilidad ⁽⁷⁾.

        En comparación con el fármaco anterior, sí existían variaciones en los niveles de testosterona y FSH, pero sólo de manera transitoria, por lo que tampoco se interrumpía el eje Hipotálamo-Hipófisis-Testículo.

       El gamendazol ejerce su acción mediante la inhibición selectiva del factor de elongación EEF1A1, relacionado con las microfibras de actina del citoesqueleto. La inhibición parcial de este factor de transcripción provoca la inhibición de la agrupación entre EEF1A1 y la actina. Como resultado, se alteran las microfibras de actina que mantienen la integridad entre las células de Sertoli y las células germinales. 

·     2.3.- BDC-4022 {[4aRS,5SR,9bRS]-2-ethyl-2,3,4,4a,5,9b-hexahydro-8-iodo-7-metil-5-[carbo-methoxy- phenyl]-1H-indeno-[1,2-c]-pyridine-hydrochloride}

        Es un indeno piridina que posee efectos antiespermatogénicos demostrados en ratones y monos. El tratamiento se realiza o bien en una única dosis de 12,5 mg/kg o en siete dosis diarias de 2,5 mg/kg de peso corporal, induciendo infertilidad en el 100% de los animales. Curiosamente, el efecto no revertió en ratas pero los monos recuperaban su fertilidad 16 semanas después del tratamiento. En esta caso tampoco se observaron efectos adversos.

       El BDC-4022 actúa eliminando la adhesión de las células germinales y destruyendo las uniones adherens con las células de Sertoli, ya que interrumpe el complejo de adhesión Nectin-3 y Afadina ⁽⁷⁾.

El desarrollo de todos estos compuestos ha sido muy exitoso pero todavía queda mucho trabajo por realizar. Los profesionales del campo todavía continúan investigando para ampliar el margen entre la eficiencia  y la toxicidad, con el fin de desarrollar más análogos, esta vez, de segunda generación.

  

 
3.- RESUMEN Y CONCLUSIÓN

           Recapitulando, la investigación en anticoncepción masculina se justifica por el enorme incremento que desde hace algunos años estamos observando en la población mundial y por la falta de opciones anticonceptivas para hombres. En esta breve revisión hemos querido recopilar algunas de las opciones anticonceptivas masculinas no hormonales que se están desarrollando con resultados exitosos en la actualidad.  Así hemos querido destacar la opción de la inmunoconcepción (que en el caso de la eppina ha reportado resultados tan esperanzadores como una eficacia del 100% con una recuperación de la fertilidad del 71% en un modelo de primates no humanos) y la de los derivados de Lonidamina (que, si bien son una opción algo menos desarrollada que la anterior, sí parecen ser prometedores a largo plazo de acuerdo con los resultados de diversas especies animales). Además, cabe destacar el hecho de que avances en la anticoncepción masculina no solo serían aplicables en el hombre, sino también en el control de especies de mamíferos salvajes no deseadas en determinados hábitats, como es el caso de las plagas de conejos, ratones o topillos ⁽²⁾.

          Como conclusión, parece claro que la anticoncepción no hormonal masculina podrá ser una realidad en el futuro, aunque siguen siendo necesarios más estudios para asegurar su eficacia, seguridad y reversibilidad. La bibliografía muestra que una combinación de varios tratamientos ⁽³⁾ (como varias proteínas inmunogénicas, por ejemplo) podría ser uno de los posibles caminos a seguir para avanzar en este campo. 

Bibliografía

1. http://www.un.org/en/development/desa/population/publications/pdf/development/pde_wallchart_2013.pdf [Internet]. [citado 4 de diciembre de 2013].

2. Krause WK, Naz RK. Immune Infertility: The Impact of Immune Reactions on Human Infertility. Springer; 2009. 

3 Naz RK. Development of genetically engineered human sperm immunocontraceptives. Journal of reproductive immunology. 2009;83(1):145-50. 

4. O’rand MG, Widgren EE, Sivashanmugam P, Richardson RT, Hall SH, French FS, et al. Reversible immunocontraception in male monkeys immunized with eppin. Science. 2004;306(5699):1189-90. 

5. Moulana M, Lima R, Reckelhoff JF. Metabolic syndrome, androgens, and hypertension. Current hypertension reports. 2011;13(2):158-62. 

6. Wang Z, Widgren EE, Richardson RT, Michael GO. Characterization of an eppin protein complex from human semen and spermatozoa. Biology of Reproduction. 2007;77(3):476-84. 

7. Mok K-W, Mruk DD, Lie PP, Lui W-Y, Cheng CY. Adjudin, a potential male contraceptive, exerts its effects locally in the seminiferous epithelium of mammalian testes. Reproduction. 2011;141(5):571-80. 

8. http://www.uniprot.org/uniprot/Q8NEC5.Cation channel sperm-associated protein 1 - Homo sapiens (Human) [Internet]. [citado 5 de diciembre de 2013]. 

9. Nazari M, Mirshahi M, Mowla S-J, Bamdad T, Sarikhani S. Investigation In Vitro Expression of CatSper Sub Fragment followed by Production of Polyclonal Antibody: Potential Candidate for The Next Generation of Non Hormonal Contraceptive. Cell Journal (Yakhteh). 2012;14(3):215. 

10. Norton EJ, Diekman AB, Westbrook VA, Flickinger CJ, Herr JC. RASA, a recombinant single-chain variable fragment (scFv) antibody directed against the human sperm surface: implications for novel contraceptives. Human Reproduction. 2001;16(9):1854-60. 

11. Silva EJ, Hamil KG, Richardson RT, O’Rand MG. Characterization of EPPIN’s Semenogelin I Binding Site: A Contraceptive Drug Target 1. Biology of reproduction. 2012;87(3).

12. Nya-Ngatchou J-J, Amory JK. New approaches to male non-hormonal contraception. Contraception. marzo de 2013;87(3):296-9. 

13. O'Rand MG, Widgren EE, Beyler S, Richardson RT. Inhibition of human sperm motility by contraceptive anti-eppin antibodies from infertile male monkeys: effect on cyclic adenosine monophosphate. Biology of reproduction. 2009;80(2):279-85. 

14. O’Rand MG, Widgren EE, Hamil KG, Silva EJ, Richardson RT. Epididymal protein targets: a brief history of the development of epididymal protease inhibitor as a contraceptive. Journal of andrology. 2011;32(6):698-704.

        Autores: 

              Beatriz de Arriba Ruiz

              Mª de los Ángeles de Pedro Muñoz

             Marta Pérez Cabo

Máster en Biología y Tecnología de la Reproducción

Universidad de Oviedo 2012-2013

     

Cultivando en 3 dimensiones: una posible solución para la infertilidad masculina

INTRODUCCIÓN

El cuerpo humano, así como el resto del mundo que lo rodea, es una entidad tridimensional. De este hecho se deduce, que cualquier proceso fisiológico requiere de dicha tridimensionalidad para su correcto funcionamiento.

En estas líneas vamos a abordar el uso de sistemas de cultivo tridimensionales para la espermatogénesis in vitro.

La espermatogénesis es un proceso complicado mediante el cual, las células madre testiculares se desarrollan y maduran para dar lugar a los espermatozoides. Para este desarrollo, son necesarias un tipo de células llamadas células de Sertoli, que les proporcionan los nutrientes necesarios, así como factores que necesitan para poder desarrollarse correctamente y que también sirven de sostén. Los espermatozoides son los gametos masculinos, y son las células capaces de fecundar un ovocito y con ello originar un embrión.

Luís Rato et al, “Metabolic regulation is important for spermatogenesis” Nature Reviews Urology 9, 330-338 (June 2012)

En la imagen se puede ver cómo se desarrollan las células madre sexuales para dar lugar a los espermatozoides dentro de un ambiente tridimensional, y también vemos la disposición de las células dentro de dicho ambiente. Durante este proceso, existen diferentes estadíos celulares, según su grado de madurez. Los más maduros, y con los que se pueden realizar las técnicas de reproducción asistida son los espermatozoides, y su estadío anterior, que son  las espermátidas. 

Reproducir la espermatogénesis in vitro puede tener distintas aplicaciones: la investigación sobre el propio proceso, para conocerlo con más detalle y comprenderlo mejor, y,  desde un punto de vista más clínico, la preservación de la fertilidad. En este aspecto, parece que la  diferenciación in vitro desde espermatogonias a espermátides o espermatozoides es una opción muy atractiva.

Si nos centramos en la aplicación clínica, es importante resaltar que en los últimos años ha aumentado el número de pacientes con infertilidad tras haberse sometido a terapia oncológica. Por ello han aumentado los estudios sobre la espermatogénesis, el desarrollo desde un tipo celular a otro, y la preservación y expansión de las células madre que originarán los espermatozoides. 

MODELOS IN VITRO PARA LA ESPERMATOGÉNESIS. VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Un sistema de cultivo in vitro es un método por el cual intentamos reproducir lo que ocurre en el cuerpo humano, pero trabajando fuera de este. Para ello, necesitamos tener conocimientos sobre los nutrientes que necesitan las células, los factores que las ayudan a dividirse y a realizar su función adecuada, etc. También debemos conocer los tiempos adecuados para el cultivo, la necesidad que tienen de oxígeno para que puedan respirar bien y otros muchos factores imprescindibles para que las células que cultivamos sobrevivan.

Existen dos sistemas in vitro que han demostrado la consecución de la espermatogénesis completa:

•           Cultivo de tejido testicular con o sin trasplante de células germinales
•           Sistemas de cultivo de células germinales en matrices 3D

La ventaja que presenta el cultivo de tejido testicular respecto a otros tipos de cultivo (como los convencionales, en 2D), es el mantenimiento del microambiente natural en el que se desarrolla la espermatogénesis, manteniendo las interacciones celulares y su disposición espacial.

Sin embargo, presenta un problema, y es que, si mantenemos este  cultivo durante un periodo prolongado, empieza a producirse la isquemia del tejido (disminución de la llegada de sangre), y terminamos perdiéndolo.

 Saber más...

SISTEMAS DE CULTIVO TRIDIMENSIONALES

Varios grupos han probado los sistemas de cultivo tridimensionales para la espermatogénesis y han puesto en evidencia lo que ya se intuía: se podían obtener espermátidas (el estadío previo a espermatozoide, con el que ya podemos aplicar alguna técnica reproductiva) a partir de células madre. El siguiente reto sería conseguir espermatozoides morfológicamente normales, hecho que se ha logrado recientemente.

El sistema de cultivo consiste en el recubrimiento de la placa de cultivo con una fina capa de una sustancia tipo matriz (gelatina, matrigel, colágeno o similar) sobre otra capa más gruesa que puede ser de agar blando (cultivo SACS) o de metilcelulosa (cultivo MCS)

En estos cultivos, las células quedan embebidas, asemejándose a las condiciones espaciales que hay en el testículo. Saber más...

Tras varios estudios sobre estos sistemas y tras varias pruebas del mejor método para reproducir la espermatogénesis, todos los grupos coinciden en la suma importancia de la presencia de las células de Sertoli a la hora de realizar el cultivo, así como del resto de células presentes en los túbulos seminíferos, lugar donde ocurre el proceso in vivo. 

Aunque el proceso de obtención de  espermatozoides es independiente de la acción de hormonas, la adición de éstas al sistema también parece importante para mantener la capacidad de división de las células madre. Esto es necesario para que se mantengan en número y puedan seguir produciendo espermatozoides porque de lo contrario se agotarían.

Se evaluaron también diferentes tipos de matrices, y se llegó a la conclusión de que el tipo de matriz utilizado no afectaba al proceso.

El sistema de cultivo se realizaría de la siguiente forma:

1.      A partir de los túbulos seminíferos se aíslan  por un lado células madre y por otro una mezcla del resto de células. Esta mezcla que contiene sobre todo células de Sertoli, se añade en la fase inferior sólida de la placa, mientras  que las espermatogonias  se depositan en la capa superior (tipo matriz)

2.      Se añaden (o no) las hormonas

3.      Se analiza el cultivo a lo largo de varias semanas.

Saber más...

RESULTADOS

Si resumimos y aunamos los resultados obtenidos por diferentes grupos de trabajo sobre estos sistemas de cultivo, los resultados son los siguientes:

1.      Los sistemas de cultivo  tridimensionales proporcionan un ambiente más parecido al que existe en los túbulos seminíferos, y por tanto, dan mejores resultados a la hora de imitar el proceso de espermatogénesis.

2.      Se ha conseguido obtener con éxito espermátidas elongadas en modelos animales y en humanos, y recientemente se consiguieron espermatozoides con un aspecto normal en ratones Saber más...

3.       El cultivo mejora con la presencia de las células de Sertoli y demás células presentes en los túbulos.

4.      Añadir hormonas al medio  facilita la división de las células madre testiculares, de forma que podemos mantener el proceso en el tiempo

5.      Los resultados son independientes del tipo de matriz usada, ya que se han conseguido resultados similares tanto en SACS como en matriz de colágeno. Saber más...

CONCLUSIONES

Los sistemas de cultivo tridimensionales son una herramienta novedosa que nos proporciona el entorno ideal para reproducir in vitro la espermatogénesis. Este sistema también ofrece varias opciones para su manipulación a través de la adición de factores, células, u otros cambios con el fin de  obtener de espermatozoides para preservar la fertilidad masculina.

Aunque faltan por desarrollar y estudiar diversos aspectos, como comprobar la capacidad de fecundación que tienen los espermatozoides obtenidos por este sistema, los resultados son prometedores y esperanzadores. Quizás, profundizando más en este tipo de estudios, podamos conseguir en un futuro, que la técnica se convierta en una rutina en los centros de infertilidad.

BIBLIOGRAFIA

 Jan-Bernd Stukenborg  et al “New horizons for in vitro nspermatogenesis? An update on novel three-dimensional culture systems as tools for meiotic and post-meiotic differentiation of testicular germ cells ” Molecular Human Reproduction, Vol.15, No.9 pp. 521–529, 2009

J.H. Lee et al.  “In vitro spermatogenesis by three-dimensional culture of rat testicular cells in collagen gel matrix ” Biomaterials 27 (2006) 2845–2853

HULEIHEL MAHMOUD “Concise Review: Spermatogenesis in an Artificial Three Dimensional System” STEM CELLS 2012;30:2355–2360

Lee et al. “In vitro differentiation of germ cells from nonobstructive azoospermic patients using threedimensional culture in a collagen gel matrix ”  Fertility and Sterility_ Vol. 87, No. 4, April 2007

Sato et al. “Studying Spermatogenesis by using In vivo and In vitro Models: Advantages and Disadvantages of these Models for Practical Use”, J Veterinar Sci Technolo 2012, 3:1 

Mahmoud Abu Elhija et al. “Differentiation of murine male germ cells to spermatozoa in a soft agar culture system “Asian Journal of Andrology (2012) 14, 285–293 

Autores

Mariela Andrade Euvin

Celia Delgado Moro

Cristina Torres Durán

Máster en Biología y Tecnología de la Reproducción. Curso 2013-2014. Universidad de Oviedo