Célula madre espermatogonial

Una célula madre espermatogonial ( SSC ), también conocida como espermatogonia tipo A , es una espermatogonia que no se diferencia en un espermatocito , precursor de los espermatozoides . En cambio, continúa dividiéndose en otras espermatogonias o permanece inactiva para mantener una reserva de espermatogonias. Las espermatogonias 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 posteriormente, las células madre espermatogoniales (SSC) se desarrollan a partir de los gonocitos en el testículo. ^{[ 4 ]} Las SSC son el precursor temprano de los espermatozoides y son responsables de la continuación de la espermatogénesis en mamíferos adultos. Las células madre son capaces de dividirse en más SSC, lo cual es vital para mantener la reserva de células madre. Alternativamente, se diferencian en espermatocitos , espermátidas y, finalmente, espermatozoides.

Una célula madre espermatogonial (CME) es precursora de múltiples espermatozoides y, por lo tanto, las CME son mucho menos numerosas en los testículos que las células que experimentan espermatogénesis. ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}

Las señales locales regulan la autorrenovación de las células madre espermatogoniales (SSC). ^{[ 19 ]} Alrededor del 50% de la población de SSC experimenta 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. ^{[ 20 ]} Las células presentes en los testículos expresan moléculas que desempeñan funciones clave en la regulación de la autorrenovación de las SSC. En ratones, se ha demostrado que las células de Sertoli secretan el 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 en los testículos humanos. ^{[ 4 ]} El factor de crecimiento de fibroblastos (FGF2) es otra molécula crucial para la regulación de la renovación de las células madre y se expresa en las células de Sertoli, las células de Leydig y las células germinales. La señalización de FGF2 interactúa con GDNF para aumentar 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 involucrada en la regulación de las decisiones del destino de las células madre espermatogoniales. 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 las células espermatogoniales indiferenciadas. ^{[ 21 ]}

GDNF y FGF2 son necesarios para activar la vía de la fosfoinositida 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 SSC. ^{[ 22 ]} CXCL12, FGF2 y GDNF se comunican a través de una red para mediar las funciones de las SSC. ^{[ 21 ]}

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 SSC a la autorrenovación. Las SSC sobreviven dentro de microambientes, denominados nichos, que proporcionan estímulos extrínsecos que impulsan la diferenciación o autorrenovación de las células madre. ^{[ 23 ]} El nicho de las SSC se encuentra en el epitelio seminífero del testículo de los mamíferos y está constituido principalmente por células de Sertoli y células mioides peritubulares. ^{[ 21 ]}

Existen dos etapas de diferenciación primarias, la primera de las cuales implica la transformación de espermatogonias A _s (individuales) en espermatogonias hijas A _pr (apareadas), las cuales están predestinadas a diferenciarse. Estas pueden dividirse aún más para crear espermatogonias A _al (alineadas en A). ^{[ 4 ]}

El segundo paso implica la producción de espermatogonias A1 diferenciadas a partir de espermatogonias A _pr o A _al . Estas espermatogonias A1 experimentan cinco divisiones adicionales 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 espermatogoniales diferenciadas, y se pueden producir 100 millones de espermatozoides cada día. ^{[ 21 ]}

Una de las principales sustancias conocidas que impulsan la diferenciación de las células madre espermatogoniales (SSC) y, por lo tanto, la producción de espermatozoides , es el ácido retinoico (AR). ^{[ 14 ]} Existen teorías que respaldan las hipótesis de una vía indirecta (a través de las células de Sertoli ) o una vía directa. ^{[ 4 ]}

Se cree que las células de Sertoli producen RA mediante la conversión de retinol circulante en retinal y, finalmente, en RA. ^{[ 14 ]} La exposición a RA induce la diferenciación celular en espermatogonias A1 y está implicada en la diferenciación meiótica posterior. ^{[ 4 ]} Como resultado de la diferenciación, los genes necesarios para mantener un estado SSC dejan de expresarse. ^{[ 14 ]}

La función reproductiva masculina disminuye con la edad, como lo indica la disminución de la calidad del esperma y la fertilidad . ^{[ 24 ]} A medida que las ratas envejecen, las células espermatogoniales indiferenciadas experimentan numerosos cambios en la expresión génica. ^{[ 25 ]} 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. ^{[ 25 ]} Por lo tanto, parece que el envejecimiento reproductivo se origina en las células espermatogénicas indiferenciadas. ^{[ 25 ]}

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. ^{[ 26 ]} Para este fin, las SSC deben aislarse de manera confiable de 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 positivos de SSC como CD90 ^{[ 27 ]} y FGFR3 ^{[ 28 ]} en combinación con marcadores negativos como CD45. ^{[ 27 ]} 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 la línea celular y, potencialmente, espermatogénesis in vitro o edición genómica. ^{[ 29 ]} 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 medio Stem-Pro 34 suplementado con factores de crecimiento. ^{[ 30 ]} 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 de soporte, provistos de factores de crecimiento e hidrogel. ^{[ 31 ]}

El primer trasplante exitoso de células madre espermatogoniales (SSC) se describió en ratones en 1994, donde el procedimiento restauró completamente la espermatogénesis en un ratón que de otro modo sería infértil. ^{[ 32 ]} Estos ratones pudieron producir descendencia viable, lo que abrió nuevas y prometedoras posibilidades para futuras terapias en humanos.

Como los tratamientos contra el cáncer no son específicos para las células cancerosas y a menudo son gonadotóxicos (tóxicos para los ovarios y los testículos), los niños suelen enfrentar infertilidad como consecuencia del tratamiento, ya que aún no existe una forma establecida de preservar su fertilidad, especialmente en niños prepúberes. La infertilidad después del tratamiento contra el cáncer depende del tipo y la dosis del tratamiento, pero puede variar del 17% al 82% de los pacientes. ^{[ 33 ]} La terapia con células madre espermatogoniales (SSCT) se ha propuesto como un método potencial para restaurar la fertilidad en los supervivientes 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 . ^{[ 34 ]} 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 inyectaron de nuevo en la rete testis del mismo animal del que se extrajeron ~ 10-12 semanas después del tratamiento, y se observó espermatogénesis en casi todos los receptores (16/17). Sin embargo, estas células madre espermatogoniales (CME) fueron difíciles de detectar, por lo que no se pudo determinar la capacidad de fertilización de los espermatozoides descendientes. Es necesario evaluar la viabilidad de los embriones fertilizados con esperma de donante tras el trasplante de CME para determinar con precisión la utilidad de esta técnica.

Recientemente, el trasplante de SSC también se ha propuesto como un método potencial para la conservación de especies en peligro de extinción mediante trasplante xenogénico . Roe et al. ^{[ 35 ]} 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 de una especie exótica y trasplantaron SSC a embriones de pollo, los cuales colonizaron con éxito la cresta gonadal del embrión huésped. Esto permite aislar espermatozoides maduros posteriormente en el desarrollo del huésped, incluso después de que el donante haya fallecido, los cuales pueden utilizarse en la fertilización futura y, potencialmente, en una conservación más exitosa. ^{[ 36 ]}