Una célula madre espermatogonial ( SSC ), también conocida como espermatogonia tipo A , es una espermatogonia que no se diferencia en un espermatocito , un precursor de los espermatozoides . En cambio, continúan dividiéndose en otras espermatogonias o permanecen inactivas para mantener una reserva de espermatogonias. Las espermatogonias de tipo B, por otro lado, se diferencian en espermatocitos, que a su vez experimentan meiosis para finalmente formar espermatozoides maduros. [1] [2] [3]
Durante el desarrollo fetal, los gonocitos se desarrollan a partir de células germinales primordiales y, a continuación, las células madre espermáticas se desarrollan a partir de los gonocitos en el testículo. [4] Las células madre espermáticas son los precursores tempranos de los espermatozoides y son responsables de la continuación de la espermatogénesis en los mamíferos adultos. Las células madre son capaces de dividirse en más células madre espermáticas, lo que es vital para mantener el grupo de células madre. Alternativamente, continúan diferenciándose en espermatocitos , espermátidas y, finalmente, espermatozoides.
Una SSC es el precursor de múltiples espermatozoides y, por lo tanto, las SSC son mucho menos numerosas en los testículos que las células que experimentan espermatogénesis. [5] [6] [7] [8] [9] [10]
Las espermatogonias indiferenciadas se pueden dividir en dos grupos: A oscuras (A d ) y A pálidas (A p )
Las espermatogonias A d son células madre de reserva. Estas células pueden dividirse para producir más células madre espermáticas, pero por lo general no lo hacen. Las espermatogonias A p se dividen activamente para mantener el grupo de células madre. Las espermatogonias B1-B4 abarcan las espermatogonias en diferenciación y ya no se consideran células madre.
La mayor parte de las investigaciones sobre las células madre se han llevado a cabo en roedores. Los subtipos de espermatogonias difieren entre ratones y humanos. [11] [12] [13]
Una sola espermatogonia (A s ) es capaz de crear 2 SSC hijas separadas cuando se dividen o las células hijas pueden unirse y formar una espermatogonia emparejada (A pr ).
Tanto las espermatogonias A s como las A pr no están diferenciadas. Se forman cadenas de estas células y se las denomina células A alineadas (A al ). Las espermatogonias A al se diferencian y, por lo tanto, ya no se las clasifica como células madre. Luego se dividen 6 veces y finalmente forman espermatogonias de tipo B.
Las células somáticas más importantes que contribuyen a la regulación de las células madre son las células de Sertoli. Otras células somáticas del tejido intersticial, como las células de Leydig y las células mioides peritubulares, también contribuyen a la regulación de las células madre y de su nicho. [14]
Las células madre de las espermatogonias en los mamíferos se encuentran entre la membrana basal de los túbulos seminíferos y las células de Sertoli . Permanecen allí hasta la etapa de profase meiótica de la meiosis . Aquí los espermatocitos atraviesan la membrana basal a través de la barrera de células de Sertoli.
Las células madre de la piel permanecen en su nicho, donde se las estimula para que se renueven por sí mismas. Cuando pasan la membrana basal, se diferencian debido a señales celulares. [15] [16] [17] [18] [19]
Las señales locales regulan la autorrenovación de las células madre espermatogoniales (SSC). [20] Alrededor del 50% de la población de SSC experimenta una autorrenovación para mantener el número de células madre, y el otro 50% se convierte en células progenitoras comprometidas que se diferenciarán en espermatozoides durante la espermatogénesis. [21] Las células presentes en los testículos expresan moléculas que desempeñan papeles clave en la regulación de la autorrenovación de las SSC. En ratones, se ha demostrado que las células de Sertoli secretan factor neurotrófico derivado de la línea celular glial (GDNF), que tiene un efecto estimulante sobre la autorrenovación de las células madre. Se cree que este factor se expresa en las células peritubulares de los testículos humanos. [4] El factor de crecimiento de fibroblastos (FGF2) es otra molécula crucial para la regulación de la renovación de células madre y se expresa en células de Sertoli, células de Leydig y células germinales. La señalización de FGF2 interactúa con GDNF para mejorar la tasa de proliferación. [4] La señalización del ligando 12 de quimiocina (motivo CXC) (CXCL12) a través de su receptor, el receptor de quimiocina CXC tipo 4 (CXCR4), también está involucrado en la regulación de las decisiones sobre el destino de las células madre. El CXCL12 se encuentra en las células de Sertoli en la membrana basal de los túbulos seminíferos en los testículos de ratones adultos, y su receptor se expresa en células espermatogoniales indiferenciadas. [22]
Tanto el GDNF como el FGF2 son necesarios para activar la vía de la fosfoinosítido 3-quinasa (PI3K)-Akt y la vía de la proteína quinasa activada por mitógeno/ERK1 quinasa1 (MEK), que potencia la proliferación y supervivencia de las células madre de la piel. [23] CXCL12, FGF2 y GDNF se comunican a través de una red para mediar las funciones de las células madre de la piel. [22]
Las células madre espermatogoniales son las precursoras de los espermatozoides , que se producen a través de una serie de pasos de diferenciación. [4] Este es el resultado alternativo de las células madre espermatogoniales a la autorrenovación. Las células madre espermatogoniales sobreviven dentro de microambientes, denominados nichos, que proporcionan estímulos extrínsecos que impulsan la diferenciación o autorrenovación de las células madre. [24] El nicho de las células madre espermatogoniales se encuentra en el epitelio seminífero de los testículos de los mamíferos y está constituido principalmente por células de Sertoli y mioides peritubulares. [22]
Existen dos etapas de diferenciación primarias, la primera de las cuales implica la transformación de las espermatogonias A s (sencillas) en espermatogonias hijas A pr (pareadas), que están predestinadas a diferenciarse. Estas pueden dividirse aún más para crear espermatogonias A al (alineadas con A). [4]
El segundo paso implica la producción de espermatogonias A1 diferenciadoras a partir de espermatogonias A pr o A al . Estas espermatogonias A1 experimentan cinco divisiones más para producir espermatogonias A2, A3, A4, intermedias y de tipo B, que pueden entrar en la meiosis I. [ 4]
Se necesitan alrededor de 64 días para producir espermatozoides maduros a partir de células madre diferenciadas, y se pueden producir 100 millones de espermatozoides cada día. [22]
Una de las principales sustancias conocidas que impulsan la diferenciación de las células madre de Sertoli y, por lo tanto, la producción de espermatozoides , es el ácido retinoico (AR). [14] Existen teorías que respaldan la hipótesis de una vía indirecta (a través de las células de Sertoli ) o directa. [4]
Se cree que las células de Sertoli producen AR a través de la conversión del retinol circulante en retinal y luego finalmente en AR. [14] La exposición a AR impulsa la diferenciación celular en espermatogonias A1 y está implicada en una mayor diferenciación meiótica. [4] Como resultado de la diferenciación, los genes necesarios para mantener un estado de SSC ya no se expresan. [14]
La función reproductiva masculina disminuye con el aumento de la edad, como lo indica la disminución de la calidad del esperma y la fertilidad . [25] A medida que las ratas envejecen, las células espermatogoniales indiferenciadas experimentan numerosos cambios en la expresión genética. [26] Estos cambios incluyen la regulación positiva de varios genes involucrados en la respuesta al daño del ADN . Este hallazgo sugiere que durante el envejecimiento hay un aumento en el daño del ADN que conduce a una regulación positiva de las proteínas de respuesta al daño del ADN para ayudar a reparar estos daños. [26] Por lo tanto, parece que el envejecimiento reproductivo se origina en células espermatogénicas indiferenciadas. [26]
Las SSC tienen el potencial de volverse cada vez más relevantes clínicamente en el tratamiento de la esterilidad ( espermatogénesis in vitro ) y la preservación de la fertilidad antes de los tratamientos gonadotóxicos. [27] Para este objetivo, las SSC deben aislarse de manera confiable de las biopsias testiculares, por ejemplo, expansión y purificación. Los protocolos actuales incluyen la clasificación celular activada magnéticamente (MACS) y la clasificación celular activada por fluorescencia (FACS) basadas en marcadores celulares de SSC positivos como CD90 [28] y FGFR3 [29] en combinación con marcadores negativos como CD45. [28] Este último es particularmente importante para excluir células malignas de las biopsias de pacientes con cáncer.
Una vez aisladas, las poblaciones de SSC se cultivan para su amplificación, caracterización, mantenimiento de líneas y, potencialmente, espermatogénesis in vitro o edición genómica. [30] Los principales desafíos para el cultivo de SSC son las interacciones entre las sustancias del medio y la composición epigenética que subyace a la pluripotencia y puede afectar a la descendencia futura. La propagación in vitro a corto plazo de estas células se ha llevado a cabo en medios Stem-Pro 34 complementados con factores de crecimiento. [31] El cultivo a largo plazo de SSC humanas aún no está establecido, sin embargo, un grupo informa de una proliferación exitosa en medios libres de células alimentadoras suministrados con factores de crecimiento e hidrogel. [32]
El primer trasplante de células madre de piel con éxito se describió en ratones en 1994, mediante el cual el procedimiento restableció por completo la espermatogénesis en un ratón que de otro modo sería infértil. [33] Estos ratones pudieron entonces producir crías viables, lo que abrió nuevas y emocionantes puertas para futuras terapias potenciales en humanos.
Como los tratamientos contra el cáncer no son específicos de las células cancerosas y a menudo son gonadotóxicos (tóxicos para los ovarios y los testículos), los niños suelen enfrentarse a la infertilidad como consecuencia del tratamiento, ya que todavía no hay una forma establecida de preservar su fertilidad, especialmente en los niños prepúberes. La infertilidad después del tratamiento del cáncer depende del tipo y la dosis del tratamiento, pero puede variar del 17% al 82% de los pacientes. [34] La terapia con células madre espermatogoniales (SSCT) se ha propuesto como un método potencial para restaurar la fertilidad en los sobrevivientes de cáncer que desean tener hijos más adelante en la vida. El método se ha probado en numerosos modelos animales, incluidos primates no humanos; Hermann et al . [35] extrajeron y aislaron SSC de macacos rhesus prepúberes y adultos antes de tratarlos con busulfán (un agente alquilante utilizado en quimioterapia). Luego, las SSC se volvieron a inyectar en la rete testis del mismo animal del que se extrajeron aproximadamente 10 a 12 semanas después del tratamiento, y se observó espermatogénesis en casi todos los receptores (16/17). Sin embargo, estos SSC fueron difíciles de detectar, por lo que no se pudo determinar un análisis más detallado de la capacidad de los espermatozoides descendientes para fecundar. Es necesario evaluar la viabilidad de los embriones fecundados por espermatozoides de donante después del trasplante de SSC para determinar realmente la utilidad de esta técnica.
Recientemente, el trasplante de células madre de esperma también se ha propuesto como un método potencial para la conservación de especies en peligro de extinción a través del trasplante xenogénico . Roe et al. [36] sugirieron que la vida reproductiva de dichas especies podría extenderse trasplantando sus células germinales a un huésped doméstico. En su estudio, utilizaron la codorniz como modelo para una especie exótica y trasplantaron células madre de esperma a embriones de pollo que colonizaron con éxito la cresta gonadal del embrión huésped. Esto permite el aislamiento de espermatozoides maduros más adelante en el desarrollo del huésped incluso después de que el donante haya fallecido, que pueden usarse en una futura fertilización y una conservación potencialmente más exitosa. [37]
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