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Capacitación

La capacitación es el penúltimo [1] paso en la maduración de los espermatozoides de los mamíferos y es necesaria para que sean competentes para fecundar un ovocito . [2] Este paso es un evento bioquímico; los espermatozoides se mueven normalmente y parecen maduros antes de la capacitación. In vivo , la capacitación ocurre después de la eyaculación , cuando los espermatozoides salen de la vagina y entran en el tracto reproductor femenino superior . El útero ayuda en los pasos de la capacitación al secretar albúmina que se une a los esteroles , lipoproteínas y enzimas proteolíticas y glucosidásicas como la heparina.

Para la fecundación in vitro , la capacitación se realiza incubando espermatozoides que han sido eyaculados o que han sido extraídos del epidídimo e incubados en un medio definido durante varias horas. Existen diferentes técnicas para realizar el paso de capacitación: lavado simple, migración (swim-up), gradientes de densidad y filtrado. El objetivo es aislar la mayor cantidad posible de espermatozoides móviles y eliminar los espermatozoides inmóviles o muertos. Después de la capacitación in vivo o in vitro, los espermatozoides deben pasar por el paso final de maduración, la activación, que implica la reacción del acrosoma .

Los espermatozoides no mamíferos no requieren este paso de capacitación y están listos para fertilizar un ovocito inmediatamente después de ser liberados del macho.

Función y mecanismo

La capacitación tiene dos efectos: desestabilización de la membrana acrosómica de la cabeza del espermatozoide que le permite penetrar la capa externa del óvulo, y cambios químicos en la cola que permiten una mayor movilidad del espermatozoide. [3] Los cambios se facilitan por la eliminación de esteroles (por ejemplo, colesterol ) y glucoproteínas epididimarias/seminales unidas de forma no covalente . El resultado es una membrana más fluida con una mayor permeabilidad al ion Ca 2+ .

La entrada de Ca 2+ produce un aumento de los niveles intracelulares de AMPc y, por lo tanto, un aumento de la motilidad. La hiperactivación coincide con el inicio de la capacitación y es el resultado del aumento de los niveles de Ca 2+ . Tiene un efecto estimulante sinérgico con la adenosina que aumenta la actividad de la adenilato ciclasa en el espermatozoide. [ cita requerida ]

El péptido promotor de la fecundación (FPP) es esencial para controlar la capacitación. El FPP se produce en la glándula prostática como un componente del líquido seminal. El FPP entra en contacto con los espermatozoides durante la eyaculación, a medida que los espermatozoides y el líquido seminal se mezclan. Los altos niveles de FPP activo previenen la capacitación. Después de la eyaculación, la concentración de FPP disminuye en el tracto reproductivo femenino. [ cita requerida ]

Inducción

Debido a que las tecnologías de reproducción asistida , o TRA, como la fertilización in vitro (FIV) o la inseminación intrauterina (IIU) requieren la inducción de la capacitación de los espermatozoides fuera de los parámetros biológicos normales, se han desarrollado numerosos métodos para inducir este proceso en los espermatozoides de los mamíferos. Los espermatozoides se recolectan a través de la eyaculación o se recolectan del epidídimo caudal y se dejan licuar a temperatura ambiente. Luego, la capacitación se puede inducir agregando medios diseñados para imitar la composición electrolítica de las trompas de Falopio , donde ocurre la fertilización. Estos medios varían entre especies, pero están basados ​​en solución salina y contienen sustratos energéticos como lactato, piruvato y posiblemente glucosa. Se requiere un aceptor de colesterol para facilitar la eliminación del colesterol de la membrana de los espermatozoides, que siempre es albúmina. La albúmina sérica bovina se usa típicamente para estudios in vitro con animales, y la albúmina sérica humana (HSA) se usa en la inducción de la capacitación de los espermatozoides humanos.

El bicarbonato es un componente vital de los medios inductores de capacitación, ya que se cotransporta al citosol donde activa la adenilato ciclasa soluble (sAC) y actúa como un tampón de pH necesario para evitar la disminución del pH en el cultivo, una adición necesaria cuando se incuban células al 5% de CO2 como se usa generalmente, aunque no es obligatorio. Se agrega cloruro de calcio para facilitar la entrada de cationes de calcio. [4] [5] En modelos animales, el medio de albúmina lactato piruvato (TALP) de Tyrode se usa típicamente como base, que contiene cada uno de estos componentes. En humanos, se usa líquido tubárico humano (HTF).

Estos medios pueden complementarse con otros productos químicos para inducir la motilidad hiperactivada de los espermatozoides y/o la reacción del acrosoma. Para la fertilización in vitro en animales, la cafeína a una concentración de 5 mM es un potente inductor de la capacitación de los espermatozoides in vitro . [6] [7] Los ionóforos de calcio también son ideales para inducir la capacitación. [7] La ​​adición de heparina al medio inductor de la capacitación imita la secreción de glicosaminoglicanos similares a la heparina (GAG) cerca del ovocito e inicia la reacción del acrosoma. Este efecto se magnifica cuando se añade lisofosfatidilcolina (LC) junto con la heparina. [8] Se ha demostrado que las catecolaminas como la norepinefrina a bajas concentraciones ayudan a la inducción de la reacción del acrosoma. [9]

In vitrotécnicas de capacitación

Los métodos tradicionales para realizar la capacitación in vitro son:

Sin embargo, hoy en día existen nuevas técnicas que superan a estas, por ejemplo tenemos PICSI, MACS o chips microfluídicos.

Medición

Se han desarrollado numerosos métodos para evaluar el grado de capacitación de los espermatozoides in vitro. El análisis de espermatozoides asistido por computadora (CASA) se desarrolló en la década de 1980 para medir la cinemática de los espermatozoides. [11] CASA utiliza microscopía de contraste de fase combinada con software de seguimiento de espermatozoides para analizar los parámetros de motilidad de los espermatozoides. [11] Se ha demostrado que ciertos parámetros como la velocidad curvilínea (VCL), la velocidad en línea recta (VSL), la velocidad de trayectoria promedio (VAP) y la amplitud del desplazamiento lateral de la cabeza (ALH) están correlacionados positivamente con la adquisición de la competencia de fertilización y, por lo tanto, se utilizan para identificar la motilidad hiperactiva de los espermatozoides. [12]

Si bien las mediciones de motilidad son fundamentales para identificar la presencia de motilidad hiperactiva, se han desarrollado métodos adicionales para identificar la aparición de la reacción del acrosoma. Un método simple utiliza azul brillante de Coomassie G250 para teñir las células, lo que proporciona evidencia visual de acrosomas intactos o reaccionados. [13] Las técnicas más avanzadas emplean métodos de microscopía electrónica o fluorescente. La aglutinina de maní conjugada con fluoresceína (FITC-PNA) o la aglutinina de Pisum sativum (FITC-PSA) se pueden utilizar para marcar con fluorescencia el acrosoma de las células espermáticas, que luego se puede utilizar para evaluar el estado del acrosoma utilizando un microscopio fluorescente . [14] [15] [16]

Descubrimiento

El descubrimiento de este proceso fue informado de forma independiente en 1951 por Min Chueh Chang [17] y Colin Russell Austin. [18] [19]

Véase también

Referencias

  1. ^ Johnson MH (2007). Reproducción esencial (6.ª ed.). Malden, Massachusetts: Blackwell Scientific Publications. págs. 177-178. ISBN. 978-1-4051-1866-8.
  2. ^ Lozano GM, Bejarano I, Espino J, González D, Ortiz A, García JF, Rodríguez AB, Pariente JA (2009). "La capacitación por gradiente de densidad es el método más adecuado para mejorar la fecundación y reducir la fragmentación del ADN de espermatozoides positivos en varones infértiles". Anatolian Journal of Obstetrics & Gynecology . 3 (1): 1–7.
  3. ^ Okabe M (2013). "La biología celular de la fertilización de mamíferos". Desarrollo . 140 (22): 4471–4479. doi : 10.1242/dev.090613 . PMID  24194470. S2CID  2015865.
  4. ^ Visconti PE, Galantino-Homer H, Moore GD, Bailey JL, Ning X, Fornes M, Kopf GS (1998). "La base molecular de la capacitación de los espermatozoides". Revista de Andrología . 19 (2): 242–248. doi : 10.1002/j.1939-4640.1998.tb01994.x . PMID  9570749. S2CID  14590131.
  5. ^ Puga Molina LC, Luque GM, Balestrini PA, Marín-Briggiler CI, Romarowski A, Buffone MG (2018). "Base molecular de la capacitación del esperma humano". Fronteras en biología celular y del desarrollo . 6 : 72. doi : 10.3389/fcell.2018.00072 . PMC 6078053 . PMID  30105226. 
  6. ^ Nabavi N, Todehdehghan F, Shiravi A (septiembre de 2013). "Efecto de la cafeína en la motilidad y vitalidad de los espermatozoides y la fertilización in vitro de ratones exógamos en medios T6 y M16". Revista iraní de medicina reproductiva . 11 (9): 741–746. PMC 3941327 . PMID  24639814. 
  7. ^ ab Barakat IA, Danfour MA, Galewan FA, Dkhil MA (2015). "Efecto de varias concentraciones de cafeína, pentoxifilina y calicreína en la hiperactivación del semen bovino congelado". BioMed Research International . 2015 : 948575. doi : 10.1155/2015/948575 . PMC 4407405. PMID  25950005 . 
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  10. ^ "Los espermatozoides nadan hacia arriba – Percoll | Fertilitycrete".
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  15. ^ Lybaert P, Danguy A, Leleux F, Meuris S, Lebrun P (2009). "Metodología mejorada para la detección y cuantificación de la reacción del acrosoma en espermatozoides de ratón". Histología e histopatología . 24 (8): 999–1007. doi :10.14670/HH-24.999. PMID  19554507.
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Lectura adicional

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