Capacitación

La capacitación es un proceso que los espermatozoides deben experimentar para prepararse para fertilizar un óvulo. Este proceso ocurre cuando los espermatozoides maduros ingresan al oviducto y al útero del tracto reproductivo femenino. Los espermatozoides deben someterse a la capacitación y a la reacción acrosómica para poder penetrar las capas externas del ovocito , a saber, el cúmulo ooporoso y la zona pelúcida . La capacitación produce una hiperactivación de la motilidad espermática, seguida de la reacción acrosómica y cortical . Compuestos como la heparina y la progesterona pueden utilizarse para inducir la capacitación. ^{[ 1 ]}

Como resultado de la entrada de los espermatozoides en el tracto reproductivo superior femenino, estos se exponen a un entorno extracelular que contiene un aceptor de colesterol (generalmente albúmina sérica ), electrolitos y sustratos energéticos como glucosa , piruvato y lactato. ^{[ 1 ]} Este cambio de entorno desencadena la capacitación. Para la fertilización in vitro , la capacitación se produce mediante la incubación de espermatozoides recuperados por eyaculación o extraídos del epidídimo en un medio definido durante varias horas. Existen diferentes técnicas para llevar a cabo la capacitación: lavado simple, migración (swim-up), gradientes de densidad y filtración.

La capacitación ocurre en las especies de mamíferos, pero la duración de la capacitación difiere entre especies. Los estudios han informado que la capacitación de los espermatozoides en humanos toma entre 3 y 10 horas. ^{[ 1 ]} A pesar de las diferencias anatómicas y fisiológicas entre especies, el uso de modelos animales ha contribuido significativamente a nuestra comprensión de la capacitación. ^{[ 1 ] [ 2 ]} Los espermatozoides no mamíferos no requieren activación ya que están listos para fertilizar un ovocito inmediatamente después de ser liberados del macho.

La capacitación espermática consta de cinco pasos principales: cambios en la membrana plasmática del espermatozoide que provocan un aumento de la fluidez de la membrana, cambios en el pH, flujo iónico, activación de vías secundarias y cambios en el potencial de membrana ( hiperpolarización ). Estos pasos dan como resultado una hiperactivación de la motilidad espermática. ^{[ 1 ]}

Paso 3: Cambios en el flujo de iones

La alcalinización intracelular del esperma desencadena la entrada de calcio a través de los canales de Ca2 ⁺ dependientes de voltaje sensibles al pH específicos del esperma (CatSpers). ^{[ 8 ]} Los CatSpers transportan Ca2 ⁺ al interior del esperma. Otros canales de Ca2 ⁺ que contribuyen a la entrada de Ca2 ⁺ incluyen: ATPasas de Ca2 ⁺ , canales de potencial de receptor transitorio (TRP), intercambiadores de Na ⁺ /Ca2 ⁺ (NCX), canales de Ca2 ⁺ dependientes de voltaje (Cav) y canales dependientes de nucleótidos cíclicos (CNG). ^{[ 8 ] El Ca2 +} intracelular participa en vías de señalización secundarias. ^{[ 2 ]}

La capacitación de los espermatozoides también requiere el movimiento de otros iones como el potasio, el cloruro y el sodio. ^{[ 8 ]} Estos son necesarios para inducir la hiperpolarización, mantener el influjo de Ca ²⁺ y desencadenar la exocitosis acrosomal . ^{[ 8 ]}

• El potasio se transporta fuera del esperma a través de la acción de los canales SLO3 (también conocido como KSper) y SLO5. ^{[ 9 ]} Estos canales se activan por las condiciones alcalinas en el oviducto.

• El cloruro se transporta al interior de los espermatozoides mediante los canales CFTR .

• El sodio es transportado por ENaC , que lo expulsa del espermatozoide. ENaC se activa por un pH alto y la presencia de Ca2 ⁺ . ^{[ 9 ]} Los transportadores SLC4 (es decir, los cotransportadores NBC ) y los canales epiteliales de Na ⁺ (ENaC) son esenciales para las vías de señalización posteriores y para la regulación del potencial de membrana . ^{[ 1 ]}

Debido a que las técnicas de reproducción asistida (TRA), como la fecundación 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 mamíferos. Los espermatozoides se obtienen mediante eyaculación o del epidídimo caudal y se dejan licuar a temperatura ambiente. La capacitación se puede inducir añadiendo medios diseñados para imitar la composición electrolítica de las trompas de Falopio , donde ocurre la fecundación. 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 suele ser albúmina. La albúmina sérica bovina se utiliza habitualmente en estudios in vitro con animales, y la albúmina sérica humana (HSA) se utiliza 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 adenilil ciclasa soluble (sAC) y también 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 el influjo a través de cationes de calcio. ^{[ 11 ] [ 1 ]} En modelos animales, el medio de Tyrode albúmina lactato piruvato (TALP) 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 químicos para inducir la hiperactivación de la motilidad espermática y/o la reacción acrosómica. Para la fertilización in vitro en animales, la cafeína a una concentración de 5 mM es un potente inductor de la capacitación espermática in vitro . ^{[ 12 ] [ 13 ]} Los ionóforos de calcio también son ideales para inducir la capacitación. ^{[ 13 ]} Agregar heparina al medio inductor de capacitación imita la secreción de glucosaminoglicanos (GAG) similares a la heparina cerca del ovocito e inicia la reacción acrosómica. Este efecto se magnifica cuando se agrega lisofosfatidilcolina (LC) junto con heparina. ^{[ 14 ]} Se ha demostrado que las catecolaminas como la norepinefrina a bajas concentraciones ayudan en la inducción de la reacción acrosómica. ^{[ 15 ]}

Los métodos tradicionales para realizar la capacitación in vitro son:

• Lavado simple: este método solo elimina el plasma seminal, no selecciona los mejores espermatozoides. La muestra se centrifuga y luego se elimina el sobrenadante. Se utiliza en casos de oligozoospermia severa, criptozoospermia o en muestras de biopsia testicular. También se realiza antes de otras técnicas de capacitación.

• Migración (swim-up). Primero, se realiza la centrifugación y se elimina el plasma seminal. Luego, se añaden 0,5-1 ml de medio de cultivo en la parte superior y, tras el periodo de incubación a 37 °C, los espermatozoides con mayor motilidad habrán ascendido desde el fondo hasta la parte superior del tubo (los espermatozoides sanos se dirigen al medio de cultivo). Para obtener la fracción rica en espermatozoides, se recoge la capa superior. Este método sigue siendo ampliamente utilizado y útil en casos de normozoospermia. Permite obtener fracciones con más del 90 % de espermatozoides PR.

• Gradientes de densidad. En esta técnica, se llena un tubo con capas de líquidos de diferentes densidades y se coloca el semen en la capa superior. A continuación, el tubo se centrifuga para filtrar los restos celulares y las células inmóviles. Tras la centrifugación, los espermatozoides sanos se encuentran en la capa inferior del líquido, mientras que los restos y los espermatozoides inmóviles se sitúan en las capas superiores. Este procedimiento dura aproximadamente 60 minutos y está especialmente indicado en casos de oligozoospermia, astenozoospermia y muestras con abundantes restos celulares. Al final, todas las células llegarán al fondo, pero las que tengan mayor motilidad llegarán antes. Este procedimiento se conoce comúnmente como el "método Percoll", ya que Percoll se utilizaba frecuentemente como medio de densidad, aunque actualmente se emplean otros medios. ^{[ 16 ]}

• Filtración. Consiste en un filtro que impide el paso de todos los espermatozoides. Actualmente se utiliza menos y solo los espermatozoides con mayor motilidad logran atravesar el filtro.

PICSI, MACS o los chips microfluídicos son métodos más recientes que se pueden utilizar para inducir la capacitación in vitro .

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. ^{[ 17 ]} CASA utiliza microscopía de contraste de fase combinada con software de seguimiento de espermatozoides para analizar los parámetros de motilidad espermática. ^{[ 17 ]} 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. ^{[ 18 ]}

Si bien las mediciones de motilidad son cruciales para identificar la presencia de motilidad hiperactiva, se han desarrollado métodos adicionales para identificar la ocurrencia de la reacción acrosómica. Un método simple utiliza azul brillante de Coomassie G250 para teñir las células, proporcionando evidencia visual de acrosomas intactos o reaccionados. ^{[ 19 ]} Técnicas más avanzadas emplean métodos de microscopía electrónica o de fluorescencia. La aglutinina de cacahuete conjugada con fluoresceína (FITC-PNA) o la aglutinina de Pisum sativum (FITC-PSA) se pueden utilizar para marcar fluorescentemente el acrosoma de las células espermáticas, lo que luego se puede utilizar para evaluar el estado del acrosoma utilizando un microscopio de fluorescencia . ^{[ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]}

El descubrimiento de este proceso fue reportado independientemente en 1951 por Min Chueh Chang ^{[ 23 ]} y Colin Russell Austin . ^{[ 24 ] [ 25 ]}

• Reacción cortical
• Reacción acrosómica

• Capacitación de espermatozoides en los encabezamientos de materias médicas (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU.