La maduración in vitro ( MIV ) es la técnica que permite madurar in vitro el contenido de los folículos ováricos y los ovocitos que se encuentran en su interior . Se puede ofrecer a mujeres con problemas de infertilidad, combinada con la Fecundación In Vitro (FIV), ofreciendo a la mujer un embarazo sin estimulación ovárica.
En 1935, Pincus y Enzmann realizaron el primer experimento con ovocitos inmaduros de conejo, mostrando in vitro la maduración y fertilización espontáneas. [1] Demostraron que la maduración ocurre aislada del ambiente folicular normal. [1] En 1965, Edwards continuó con los estudios de MIV en ratones, ovejas, vacas, cerdos, monos rhesus y humanos. [2] [3] En 1991, se registró el primer embarazo humano utilizando MIV seguido de FIV, [4] y en 1994 se registró el primer nacimiento utilizando ovocitos de MIV de pacientes con síndrome de ovario poliquístico , destacando que los ovocitos de pacientes con SOP son capaces de madurar. [5]
La ovogénesis tiene lugar durante la vida fetal, en la que las células germinales primordiales experimentan mitosis hasta unas semanas antes del nacimiento, formando ovogonias . Estas luego comienzan la meiosis para formar el ovocito dentro del folículo primordial. [6] Este folículo consiste en el ovocito rodeado de células pregranulosas aplanadas. Los bebés nacen con 1-2 millones de folículos primordiales, y en la pubertad tienen alrededor de 300.000. [6] De estos folículos primordiales, solo alrededor de 400 ovocitos maduros se liberan y podrían ser potencialmente fertilizados, y el resto sufre atresia. [7]
La «maduración» de un ovocito es el proceso mediante el cual un «ovocito alcanza la capacidad de ser fertilizado y experimentar la embriogénesis». [8]
La foliculogénesis es el mecanismo por el cual maduran los folículos ováricos. Esto puede llevar muchos meses in vivo e implica el crecimiento y la diferenciación de los folículos primordiales. [8]
Los folículos primordiales que contienen el ovocito primario, detenidos en la profase de la meiosis I, [8] se convierten en folículos primarios que contienen células granulosas cúbicas. Se forma un folículo secundario con algunas capas de células granulosas, así como una capa de teca. Finalmente, antes de la ovulación, se forma un folículo terciario que contiene un antro lleno de líquido folicular. [6] De estos pequeños folículos antrales, 1 se volverá dominante y ovulará (en especies monoovulatorias). Durante la ovulación, el ovocito primario reanudará la meiosis en respuesta a señales, deteniéndose en la metafase de la meiosis II, listo para la fertilización. [3] El folículo dominante contiene el ovocito maduro. El desarrollo folicular está directamente bajo el control de las gonadotropinas, LH y FSH. Estas utilizan AMPc como segundo mensajero intracelular, con factores de crecimiento y citocinas que también influyen en su desarrollo in vivo. [7]
A través de la maduración in vitro , se imitan la foliculogénesis y las últimas partes de la ovogénesis fuera de los ovarios, tratando de recrear las condiciones para estos procesos.
Si un folículo ha alcanzado la etapa terciaria temprana o antral, se puede realizar una MIV. [9]
En primer lugar, es necesario obtener los ovocitos de la paciente. El momento de hacerlo depende de la etapa del ciclo en la que se encuentre la paciente, que generalmente se controla mediante ecografía . [10] Si no se utiliza el método de preparación, los ovocitos se obtienen cuando los folículos más grandes miden alrededor de 10 mm. [9]
En los seres humanos, esto se puede hacer con una aguja de aspiración, utilizando ultrasonido para permitir la precisión. Dependiendo de si se aspiran folículos maduros o inmaduros, el protocolo difiere ligeramente. En ambos procedimientos, la presión de aspiración se reduce, pero en distintos grados. Además, es más importante que el aspirado se filtre cuando se recuperan folículos inmaduros, ya que los folículos son mucho más pequeños y más difíciles de ver en el líquido extraído. [10]
La preparación es el proceso por el cual los ovocitos son preparados con hormona folículo estimulante (FSH) o gonadotropina coriónica humana (hCG) antes de su extracción. La hCG es importante en mujeres con síndrome de ovario poliquístico (SOP). Esto da como resultado un patrón de expansión o dispersión del cúmulo oóforo alrededor del óvulo, lo que facilita su identificación dentro del líquido folicular. Esto conduce a una mejor maduración y calidad de los ovocitos. [7] Sin embargo, aún falta evidencia de un efecto clínico de la preparación con hCG. [11] Cuando se introdujo inicialmente la IVM, los embarazos exitosos eran bajos, lo que llevó al uso de la preparación ovárica. [10]
Esta técnica también se utiliza en ovejas, [12] cerdos [13] y otros animales. Véase En animales.
Los ovocitos se clasifican en función de su estado, como por ejemplo el número de células del cúmulo. Se seleccionan los mejores ovocitos para madurarlos con la esperanza de que luego se implanten mediante técnicas de fertilización in vitro . [12]
Los ovocitos se cultivan luego en medios que contienen nutrientes importantes para la supervivencia de los ovocitos, como gonadotropinas, factores de crecimiento y esteroides. [10] Estos varían entre clínicas y laboratorios de investigación. McLaughlin et al. realizaron una biopsia de tejido ovárico humano y lograron una tasa de maduración del 10% desde folículos unilaminares hasta la metafase II mediante un sistema de cultivo de múltiples pasos: [14]
Una vez que los ovocitos han madurado lo suficiente, pueden ser fecundados in vitro , lo que se conoce como fecundación in vitro (FIV). También se pueden utilizar técnicas como la inyección intracitoplasmática de espermatozoides (ICSI) para mejorar las posibilidades de éxito de la fecundación, que debe realizarse al menos una hora (y lo óptimo es de dos a cuatro horas) después de la primera extrusión del cuerpo polar . [15] De los ovocitos madurados in vitro , los fecundados con ICSI tienen una tasa de éxito del 60-80%, en comparación con la FIV, con tasas de éxito del 25-40%. [16]
Se han logrado algunos nacimientos vivos extrayendo pequeños folículos terciarios tempranos, dejándolos madurar in vitro y fecundando posteriormente . Sin embargo, en el caso de los folículos que no han alcanzado la etapa terciaria temprana, la IVM aún está en desarrollo. Hay muchos cambios celulares en el ovocito y el resto de las células del folículo, lo que lo hace muy susceptible. Sin embargo, es posible dejar que un folículo primordial madure a un folículo secundario fuera del cuerpo cultivándolo en una porción de tejido ovárico. La posterior maduración desde la etapa secundaria a la terciaria temprana puede entonces ser apoyada en tubos de ensayo. [16] Se ha sugerido que la fotoirradiación de células de la granulosa y ovocitos puede facilitar la IVM. [17]
La maduración in vitro es una técnica de reproducción asistida ( TRA ) que se utiliza normalmente en pacientes con problemas de fertilidad, incluido el síndrome de ovario poliquístico (SOP), recuentos elevados de folículos antrales e hiperreactividad ovárica. [18] [19] Sin embargo, más recientemente, la MIV también se ha utilizado ampliamente en áreas como la preservación de la fertilidad en pacientes con cáncer que se han sometido a un tratamiento que implica terapias gonadotóxicas. [18] Se han registrado más de 1000 nacimientos vivos de madres que utilizaron MIV. [19]
El SOP es un trastorno común que implica una disfunción del sistema endocrino asociado con la reproducción femenina. El SOP implica discrepancias en el eje endocrino hipofisario-hipofisario-gonadal que pueden dar lugar a disfunción hormonal, exceso de andrógenos (por ejemplo, testosterona) y ciclos menstruales anovulatorios frecuentes . [20] Por lo tanto, es común que las mujeres que padecen SOP requieran asistencia para concebir. [20] [21] [22] En estas pacientes, se puede utilizar la MIV para madurar los ovocitos y ayudar a la concepción. [20] [21] Pocos estudios muestran que la sustitución de la MIV en pacientes con SOP elimina el riesgo de SHO y reduce el costo del tratamiento. El mismo grupo realizó un estudio de análisis retrospectivo para comparar el resultado del tratamiento de la MIV con la FIV en pacientes con SOP. Además, concluyeron que hubo un aumento significativo de las tasas de embarazo, las tasas de implantación y el número de embriones transferidos en el grupo de MIV. [23]
El uso de la maduración in vitro en la reproducción asistida tiene ventajas sobre los procedimientos estándar de TRA. En la práctica típica de FIV , se realiza una hiperestimulación ovárica controlada , que es donde se administran niveles suprafisiológicos de gonadotropinas a la paciente para hiperestimular los folículos antrales y, por lo tanto, inducir la maduración de los ovocitos a la metafase II a una velocidad que está por encima de las capacidades fisiológicas normales. [19] Esta práctica puede ser desventajosa de varias maneras: es muy costosa, puede volverse complicada y también puede predisponer a varios efectos secundarios indeseables, como el síndrome de hiperestimulación ovárica (SHO) . [19] [21] La hiperestimulación ovárica puede causar SHO grave en hasta el 2% de los casos. El SHO puede tener consecuencias graves, incluidos problemas respiratorios, insuficiencia renal e incluso accidente cerebrovascular. [19] Las pacientes con SOP y las mujeres más jóvenes tienen un mayor riesgo de SHO. [21] En estas mujeres, puede ser incluso más beneficioso emplear IVM en lugar del tratamiento de FIV convencional. [19] [21]
En la IVM, los ovocitos inmaduros se extraen del folículo antral de una mujer y luego se maduran in vitro en un cultivo rico en gonadotropinas. [19] Esto, por lo tanto, niega (o reduce significativamente) la necesidad de estimulación con gonadotropinas. [21]
La microvitroplastia no es una técnica completamente perfeccionada. Las tasas de embarazo son más bajas con la microvitroplastia que con la FIV estándar. También se requieren investigaciones para determinar si los bebés nacidos de madres que se han sometido a la microvitroplastia tienen problemas de salud (por ejemplo, problemas de desarrollo) más adelante en la vida. [19]
Las mujeres con antecedentes personales o familiares de un trombo asociado a estrógenos o de enfermedad cardiovascular grave también pueden beneficiarse de la FIV convencional, ya que la hiperestimulación de los ovarios tiene el potencial de estimular la síntesis masiva de estrógenos a través de la estimulación de la producción de estrógenos por parte de las células de la granulosa . [19]
La criopreservación de tejido ovárico puede utilizarse como método de preservación de la fertilidad , por ejemplo antes de someterse a una quimioterapia que puede causar infertilidad femenina , o como un recurso futuro en caso de que los ovocitos dejen de funcionar por la edad materna avanzada . Por lo tanto, la criopreservación de tejido ovárico es una alternativa a la criopreservación de ovocitos que requiere una hiperestimulación ovárica controlada previa . La maduración in vitro permite que los ovocitos del tejido ovárico se utilicen directamente para la fertilización in vitro , como una alternativa a la reinserción quirúrgica del tejido en el cuerpo. [14]
La FIV también puede ser una consideración importante para las pacientes con diagnóstico de síndrome del folículo vacío ( EFS , por sus siglas en inglés). En el EFS, no se recuperan ovocitos de los folículos ováricos maduros a pesar de la aplicación de niveles suprafisiológicos de gonadotropinas. A una mujer se le puede diagnosticar EFS después de haberse sometido a múltiples rondas de FIV con un fracaso total (o casi total) en cada ronda. [21]
La IVM de rescate es una variante de la maduración in vitro clásica que implica intentar madurar ovocitos inmaduros que se han extraído de una paciente como consecuencia de la hiperestimulación ovárica en la práctica estándar de FIV. Por lo tanto, se permite que más ovocitos maduren hasta la etapa de desarrollo en la que puedan ser viables desde el punto de vista del desarrollo. Sin embargo, la IVM de rescate se ha considerado un campo controvertido: si los ovocitos no han madurado lo suficiente in vivo, a pesar de la exposición a niveles significativos de gonadotropinas, puede ser indicativo de dismadurez y de un potencial de desarrollo limitado. [19]
La IVM también se ha utilizado en animales domésticos, incluidos ratones, [24] gatos, [25] [26] perros, [27] [28] cerdos, [29] ovejas, [30] caballos [31] y ganado [32] [33] así como especies silvestres como búfalos, [34] bisontes, [35] peces, [36] leones, [37] tigres [37] y leopardos. [37] La capacidad de recuperar ovocitos de animales inicialmente destinados a la atresia de folículos ováricos puede ser utilizada por investigadores, conservacionistas y la industria agrícola con fines académicos o para mejorar los sistemas de reproducción.
En la investigación, la IVM se puede realizar en animales para comprender las capacidades de desarrollo de los ovocitos en determinadas condiciones o para comprender la biología reproductiva específica durante ese período de desarrollo. La IVM en otras especies también se lleva a cabo, ya que algunos animales se utilizan como modelos para estudiar la biología reproductiva relacionada con los humanos. [38] Esta investigación se lleva a cabo a menudo con el objetivo de mejorar las tasas de éxito de los sistemas in vitro y/o mejorar la fertilidad in vivo.
Los modelos animales de IVM se pueden utilizar para estudiar cómo las diferentes exposiciones a sustancias dañinas y tóxicas afectan a los ovocitos en maduración y su capacidad de ser fertilizados y desarrollarse hasta convertirse en un embrión. [39]
También se puede utilizar para aplicaciones biotecnológicas posteriores, como la creación de animales transgénicos mediante técnicas innovadoras de edición genética como CRISPR/Cas9 , TALEN y ZFN para investigación biomédica. Un ejemplo incluye cerdos modificados genéticamente con los genes CD163 y CD1D eliminados . [40] Una de las formas en que se crearon estos cerdos fue inyectando el sistema CRISPR/Cas9 en ovocitos fertilizados que se maduraron in vitro .
En la agricultura, la IVM se suele llevar a cabo antes de la FIV o la inseminación artificial como un medio para conservar los rasgos deseables de determinados animales dentro de los rebaños y contrarrestar la menor producción como resultado de la cría estacional. En especies de ganado como el ganado vacuno, la recuperación transvaginal de ovocitos de los ovarios de hembras vivas se puede llevar a cabo repetidamente antes de la producción in vitro de embriones. [41]
En animales no domesticados, la GIV también puede utilizarse para la conservación de especies en peligro de extinción, manteniendo al mismo tiempo la diversidad genética. [42] Sin embargo, debido a los recursos limitados y a la naturaleza específica de las especies de las tecnologías de reproducción asistida, la aplicación de técnicas como la GIV todavía es poco frecuente en animales no domesticados. [42]
En un experimento de Segers I et al. (2015), la tasa de maduración general después de la IVM de ovocitos recuperados de especímenes de ovariectomía en el laboratorio fue del 36%. La tasa de maduración se correlacionó con la edad de la paciente y la duración de la IVM. Con las 8 parejas con criopreservación de embriones , hubo una tasa de fertilización del 65%. Al menos un embrión de día 3 de buena calidad fue criopreservado en 7/8 parejas. Este experimento muestra que la IVM de ovocitos obtenidos ex vivo durante el procesamiento de la corteza ovárica antes de la criopreservación es una solución prometedora para pacientes con riesgo de pérdida de fertilidad. [43]
El éxito de la producción de embriones in vitro depende del uso de una técnica eficiente de recuperación de ovocitos y los mejores resultados se han obtenido mediante aspiración laparoscópica. [44]
Los resultados obstétricos y perinatales de los nacimientos de ciclos de IVM son similares a los de los tratamientos con ICSI . [45] Sin embargo, la IVM implica el uso de técnicas invasivas, lo que puede dañar a la madre. Además, el resultado embriológico de la IVM no está establecido. [46] Una evaluación más completa del estado de salud de los niños de IVM requerirá estudios prospectivos más amplios. [45] El potencial de los ovocitos de IVM criopreservados de pacientes con cáncer sigue siendo desconocido. El número óptimo de ovocitos de IVM congelados en candidatos para la preservación de la fertilidad (FP) es desconocido. Los ovocitos FP de mujeres infértiles con SOP tienen una competencia reducida en comparación con los ovocitos recuperados después de la estimulación ovárica. La estrategia de FP de criopreservación de ovocitos después de la IVM solo debe considerarse si la estimulación ovárica no es factible. [47]
En mujeres con ovulación normal, la tasa de éxito de la MIV es menor que la de los regímenes de estimulación ovárica convencionales, con tasas de implantación y embarazo más bajas. La MIV es subóptima y está influida por varios factores. Sin embargo, la MIV es un enfoque más leve para el tratamiento de reproducción asistida y un procedimiento alternativo para afecciones específicas. La selección precisa de las pacientes puede mejorar el resultado clínico de la MIV. [45]
La microflora in vitro de ovocitos criopreservados puede ayudar a preservar urgentemente la fertilidad en pacientes con cáncer. Sin embargo, no hay suficientes datos sobre este resultado. Mejorar las condiciones de cultivo puede aumentar las tasas de maduración y el potencial de los ovocitos de microflora in vitro. [48]
Además de eso, en ovocitos de ratón, la suplementación con I-Carnitina (LC) durante la vitrificación de la vesícula germinal (GV) y su posterior IVM mejoró la maduración nuclear, así como el ensamblaje del huso meiótico y la distribución mitocondrial en ovocitos MII. Sin embargo, hasta la fecha, ningún dato ha demostrado este beneficio en el desarrollo fetal y el nacimiento de crías sanas después de la transferencia de embriones a hembras sustitutas. Sin embargo, este protocolo podría mejorar potencialmente la calidad de los ovocitos y embriones humanos vitrificados durante la IVM. [49] En una investigación de Wang X et al. (2014), las gonadotropinas afectan la maduración de los ovocitos, la fertilización y la competencia de desarrollo in vitro. La capacidad de respuesta de los ovocitos bovinos a las gonadotropinas in vitro depende de las concentraciones relativas (FSH/LH) para la competencia de desarrollo óptima del desarrollo de los ovocitos. Las concentraciones óptimas de FSH/LH podrían mejorar los protocolos de estimulación clínica terapéutica y las tasas de éxito de la FIV. [50]