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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 hacerlos competentes para fertilizar 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 abandonan la vagina y ingresan al tracto reproductivo femenino superior . El útero ayuda en los pasos de capacitación al secretar albúmina fijadora de esteroles , lipoproteínas y enzimas proteolíticas y glicosidásicas como la heparina.

Para fines de fertilización in vitro , la capacitación se produce incubando espermatozoides que han sufrido eyaculación o 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 el mayor número 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 acrosómica .

Los espermatozoides de 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 ven facilitados por la eliminación de esteroles (por ejemplo, colesterol ) y glicoproteínas epididimales/seminales unidas de forma no covalente . El resultado es una membrana más fluida con una mayor permeabilidad al ion Ca 2+ .

Una entrada de Ca 2+ produce un aumento de los niveles de AMPc intracelular y, por 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 adenilil ciclasa en los espermatozoides. [ cita necesaria ]

El péptido tripéptido promotor de la fertilización (FPP) es esencial para controlar la capacitación. La FPP se produce en la próstata como componente del líquido seminal. El FPP entra en contacto con los espermatozoides durante la eyaculación, cuando 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 necesaria ]

Inducción

Debido a que las tecnologías de reproducción asistida , o ART, 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 mediante eyaculación o del epidídimo caudal y se dejan licuar a temperatura ambiente. Luego se puede inducir la capacitación agregando medios diseñados para imitar la composición electrolítica de las trompas de Falopio , donde ocurre la fertilización. Estos medios varían entre especies, pero son de base 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 del espermatozoide, que siempre es albúmina. La albúmina sérica bovina se utiliza normalmente para estudios en animales in vitro y la albúmina sérica humana (HSA) se utiliza en la inducción de la capacitación del esperma humano.

El bicarbonato es un componente vital de los medios inductores de capacitación, ya que se cotransporta al citosol donde activa la adenilil ciclasa (sAC) soluble 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 CO 2 , como se usa generalmente, aunque no es obligatorio. Se añade 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 utiliza normalmente como base, que contiene cada uno de estos componentes. En humanos, se utiliza líquido tubárico humano (HTF).

Estos medios se pueden complementar con otras sustancias químicas para inducir la motilidad hiperactivada de los espermatozoides y/o la reacción acrosómica. Para la fertilización in vitro de animales, la cafeína en una concentración de 5 mM es un fuerte 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 capacitación imita la secreción de glicosaminoglicanos similares a la heparina (GAG) cerca del ovocito e inicia la reacción acrosómica. Este efecto se magnifica cuando se agrega lisofosfatidilcolina (LC) junto con heparina. [8] Se ha demostrado que las catecolaminas como la norepinefrina en concentraciones bajas ayudan en la inducción de la reacción acrosómica. [9]

Técnicas de capacitación in vitro.

Los métodos tradicionales para realizar la capacitación in vitro son:

Sin embargo, hoy en día existen nuevas técnicas que las superan. Por ejemplo, tenemos PICSI, MACS o chips de microfluidos.

Medición

Se han desarrollado numerosos métodos para evaluar el grado en que los espermatozoides se capacitan in vitro. El análisis de esperma asistido por computadora (CASA) se desarrolló en la década de 1980 para medir la cinemática del esperma. [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 promedio de la trayectoria (VAP) y la amplitud del desplazamiento lateral de la cabeza (ALH) están correlacionados positivamente con la adquisición de competencia de fertilización y Por tanto, se utilizan para identificar la motilidad hiperactiva de los espermatozoides. [12]

Si bien las mediciones de la motilidad son fundamentales para identificar la presencia de motilidad hiperactiva, se han desarrollado métodos adicionales para identificar la aparición de la reacción acrosómica. Un método sencillo utiliza azul brillante Coomassie G250 para teñir las células, proporcionando evidencia visual de acrosomas intactos o reaccionados. [13] Las técnicas más avanzadas emplean métodos de microscopía fluorescente o electrónica . La aglutinina de maní conjugada con fluoresceína (FITC-PNA) o la aglutinina de Pisum sativum (FITC-PSA) se pueden usar para marcar fluorescentemente el acrosoma de los espermatozoides, que luego se pueden usar para evaluar el estado del acrosoma usando 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]

Ver también

Referencias

  1. ^ Johnson MH (2007). Reproducción esencial (6ª ed.). Malden Massachusetts: Publicaciones científicas de Blackwell. 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 en gradiente de densidad es el método más adecuado para mejorar la fertilización y reducir la fragmentación del ADN de los espermatozoides positivos de hombres infértiles". Revista de Anatolia de Obstetricia y Ginecología . 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 sobre 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 diversas concentraciones de cafeína, pentoxifilina y calicreína sobre la hiperactivación del semen bovino congelado". Investigación BioMed Internacional . 2015 : 948575. doi : 10.1155/2015/948575 . PMC 4407405 . PMID  25950005. 
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  9. ^ Camino AL, Killian GJ (2002). "Capacitación e inducción de la reacción acrosómica en espermatozoides de toro con noradrenalina". Revista de Andrología . 23 (3): 352–357. doi :10.1002/j.1939-4640.2002.tb02242.x. PMID  12002437.
  10. ^ "Espermatozoides nadando - 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 acrosómica en espermatozoides de ratón". Histología e Histopatología . 24 (8): 999–1007. doi :10.14670/HH-24.999. PMID  19554507.
  16. ^ Ozaki T, Takahashi K, Kanasaki H, Miyazaki K (2002). "Evaluación de la reacción acrosómica y viabilidad del esperma humano con dos tintes fluorescentes". Archivos de Ginecología y Obstetricia . 266 (2): 114-117. doi :10.1007/s004040000112. PMID  12049293. S2CID  19898325.
  17. ^ Chang MC (1951). "Capacidad fecundante de los espermatozoides depositados en las trompas de Falopio". Naturaleza . 168 (4277): 697–698. Código Bib :1951Natur.168..697C. doi :10.1038/168697b0. PMID  14882325. S2CID  4180774.
  18. ^ Austin CR (1951). "Observaciones sobre la penetración del espermatozoide en el óvulo de mamífero". Revista Australiana de Investigación Científica B. 4 (4): 581–596. doi : 10.1071/BI9510581 . PMID  14895481.
  19. ^ "Obituario: Colin Austin" (PDF) . Boletín de la Academia Australiana de Ciencias . 60 : 11. 2004. Archivado desde el original (PDF) el 19 de julio de 2008 . Consultado el 16 de julio de 2008 .

Otras lecturas

enlaces externos