Fragmentación del ADN Espermático: Impacto en la Infertilidad Masculina y la Reproducción Asistida.
Técnicas de selección espermática como los chips de microfluidos, que reducen la proporción de espermatozoides con fragmentación del ADN, contribuyen a incrementar la eficacia de la Fertilización In Vitro (FIV).
Dr. Yosu Franco Iriarte
La infertilidad afecta a millones de parejas en todo el mundo, no obstante, las modernas técnicas de reproducción asistida ofrecen esperanza y posibilidad cierta para que las parejas infértiles puedan tener sus hijos en su hogar. Técnicas como la inseminación artificial, la fertilización in vitro (FIV) y la inyección intracitoplasmática de espermatozoides (ICSI) han transformado la manera en que enfrentamos los desafíos de la concepción.
Según el último informe estadístico de técnicas de reproducción asistida de la Sociedad Española de Fertilidad (SEF), en 2021 se realizaron 165.453 ciclos de tratamientos de fecundación in vitro que resultaron en 35.969 recién nacidos. Decenas de miles de familias que ahora tienen hijos en sus brazos gracias a la reproducción asistida.
En aproximadamente la mitad de las parejas que enfrentan dificultades para concebir, la infertilidad masculina desempeña un papel significativo. Esta condición se atribuye comúnmente a una producción reducida de espermatozoides, anomalías en la función del gameto masculino o a bloqueos que obstaculizan su liberación. Diversos factores, como enfermedades, lesiones, problemas de salud crónicos y elecciones de estilo de vida, también pueden contribuir al desarrollo de la infertilidad masculina.
El Seminograma, también conocido como Espermiograma, desempeña un papel fundamental en la evaluación de la fertilidad masculina. Su objetivo principal es analizar la concentración, movilidad y morfología de los espermatozoides, proporcionando información valiosa para comprender la capacidad reproductiva del varón.
"A pesar de que la evaluación tradicional de la infertilidad masculina se basa en el análisis de semen, este método presenta limitaciones en la predicción precisa del potencial de fertilidad del varón y el éxito de las Tecnologías de Reproducción Asistida (TRA)", comenta el Dr. Yosu Franco Iriarte
, jefe del Laboratorio de Reproducción Asistida del Hospital Ruber Internacional.
Según algunas estimaciones, cerca de un 15% de los pacientes con seminograma normal presentan valores alterados de fragmentación del DNA, una condición asociada con la infertilidad masculina y con ciertas implicaciones en los resultados de las técnicas de reproducción asistida. "El seminograma evalúa la concentración, motilidad y morfología de los espermatozoides presentes en el semen, es una prueba muy importante en el diagnóstico de la infertilidad, pero no proporciona información sobre la integridad del ADN espermático, un factor que es importante estudiar en algunas situaciones clínicas" explicaba el especialista en Reproducción Asistida.
Según comenta, un elevado nivel de fragmentación del ADN de los espermatozoides se ha asociado con una disminución en las posibilidades de embarazo y un aumento en las tasas de aborto.
¿Qué es la Fragmentación del ADN Espermático?
La fragmentación del ADN espermático se refiere a la ruptura de las cadenas de ADN que contienen la información genética de los espermatozoides. El ADN espermático normalmente debe ser íntegro y sin roturas para garantizar una transmisión genética adecuada durante la fertilización y el desarrollo normal del embrión.
El ADN está formado por dos cadenas que forman una doble hélice. Si el daño se produce en una de las cadenas de dicha hélice, nos enfrentamos a una fragmentación de cadena simple y si está presente en las dos, a una fragmentación de cadena doble. Como señala el especialista, la fragmentación del ADN de los espermatozoides puede manifestarse en roturas de cadena simple o doble, ambas con implicaciones cruciales en la fertilidad natural y en el éxito de los tratamientos de reproducción asistida.
"Cada vez más datos clínicos destacan una correlación negativa entre la elevada fragmentación del ADN espermático y el éxito en las técnicas de reproducción asistida. Algunas investigaciones han demostrado consistentemente que una fragmentación elevada del ADN espermático está asociada con tasas reducidas de implantación embrionaria, tasas de embarazo más bajas y un aumento en la probabilidad de aborto. También es verdad que otros estudios no encuentran una correlación significativa, sin embargo, esto parece ser debido a que todavía existen desafíos en la estandarización de las pruebas, en la interpretación de los resultados y que, a menudo, los estudios no distinguen entre roturas de hebra sencilla y roturas de doble hebra".
Cuáles son las causas más comunes de la fragmentación del ADN espermático
La fragmentación del ADN espermático es un fenómeno complejo influenciado por factores tanto externos como internos. Externamente, la exposición al calor, el tabaquismo, los contaminantes ambientales y tratamientos como la quimioterapia pueden desencadenar este proceso. "Internamente, la maduración defectuosa de células germinales, la apoptosis, el estrés oxidativo, el varicocele y el envejecimiento desempeñan un papel significativo", explica el experto.
La apoptosis es un proceso biológico regulado y programado que conduce a la muerte celular controlada. Sin embargo, cuando este proceso se vuelve excesivo o desregulado, puede provocar fragmentación del ADN en los espermatozoides.
En el caso del estrés oxidativo, se trata de un desequilibrio entre la producción de especies reactivas de oxígeno y la capacidad de nuestro sistema biológico para neutralizar o reparar sus efectos perjudiciales. Las especies reactivas de oxígeno (ROS, por sus siglas en inglés) son moléculas y radicales libres altamente reactivos que contienen oxígeno y que son generados de forma natural como subproductos del metabolismo celular normal, especialmente en procesos relacionados con la generación de energía en las mitocondrias. No obstante, cuando se producen en exceso, las ROS pueden provocar estrés oxidativo.
"El estrés oxidativo puede causar daño a las proteínas, lípidos y, especialmente, al ADN. Un nivel elevado de ROS puede contribuir a la fragmentación del ADN espermático, debido a su elevada proporción de ácidos grasos poliinsaturados y su limitada capacidad para reparar el daño oxidativo", advierte.
La evaluación de la fragmentación del ADN espermático se ha convertido en una herramienta importante para entender y abordar problemas de fertilidad en parejas que buscan concebir a través de TRA, en especial en parejas con infertilidad inexplicable, infertilidad idiopática y pérdida recurrente de embarazos con el propósito de obtener explicaciones sobre las posibles causas.
Pruebas para la evaluación de la Fragmentación del ADN del esperma
Diversos métodos han sido desarrollados para medir el grado de fragmentación del ADN en los espermatozoides. "Aunque existen varias técnicas, como TUNEL, Comet, SCD y otras, que ofrecen información sobre la fragmentación del ADN espermático, nosotros preferimos técnicas que tienen la capacidad de distinguir entre roturas de cadena simple y roturas de cadena doble, como es el caso de Comet", comenta el doctor Franco.
En la prueba de Comet, la muestra de semen se somete a un proceso de preparación que fija los espermatozoides a un portaobjeto y extrae su ADN, que luego es sometido a electroforesis en gel bajo dos condiciones distintas de pH (neutro y alcalino). En estas condiciones, las hebras de ADN dañadas (fragmentadas) migran más rápidamente hacia el ánodo, que al ser visualizadas mediante la aplicación de una tinción fluorescente crean una forma similar a un cometa, donde la extensión de la cola indica el nivel de daño en el ADN. Los espermatozoides que no presentan fragmentación no generan esta imagen.
La importancia de este ensayo radica en la posibilidad de poder detectar fragmentación de simple o doble cadena, ya que cada una de ellas tiene diferente impacto luego de la fecundación. Se cree que la fragmentación de doble cadena no puede ser reparada por el ovocito luego de la fecundación, mientras que la simple podría llegar a ser reparada por un ovocito sano y joven.
Las roturas de doble cadena están relacionadas con un mayor riesgo de aborto, fallos en la implantación y desarrollo embrionarios, mientras que las roturas de cadena sencilla han sido relacionadas con una menor probabilidad de embarazo natural.
"Al discriminar entre las roturas de cadena doble y de cadena sencilla, el análisis Comet, ofrece una evaluación más completa de la fragmentación y nos permite seleccionar la mejor estrategia de tratamiento para el paciente", subrayó.
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Estrategias para seleccionar los mejores espermatozoides
Se han explorado diversos métodos de selección de espermatozoides para mejorar las tasas de éxito de pacientes con alta fragmentación del ADN espermático que se someten a técnicas de reproducción asistida.
"La fragmentación del ADN espermático puede afectar la capacidad de los espermatozoides para fertilizar el óvulo durante la FIV y el desarrollo temprano de los embriones. Afortunadamente hoy en día contamos con estrategias que van desde cambios en el estilo de vida y consideraciones nutricionales hasta Técnicas de Selección Espermática Avanzadas que pueden desempeñar un papel crucial en optimizar las posibilidades de éxito del FIV en estos casos", afirmó el embriólogo.
Diversas técnicas de selección espermática han demostrado ser eficaces en la selección de los espermatozoides de mejor la calidad para ser utilizados en las técnicas de reproducción asistida. Las Columnas de Gradiente de Densidad permiten la separación de espermatozoides mediante centrifugación según su densidad, obteniéndose una fracción de espermatozoides más móviles, con mejor morfología y, en general, menor fragmentación del ADN.
La Separación Magnética (MACS) utiliza partículas magnéticas biodegradables recubiertas con anticuerpos que se unen selectivamente los espermatozoides destinados a experimentar apoptosis (presentan fragmentación alta de ADN) mediante la aplicación de un campo magnético. "Al hacer pasar esta mezcla de espermatozoides y partículas magnéticas por columnas que tienen un pequeño campo magnético, los espermatozoides apoptóticos se adhieren a las paredes de la columna debido a la interacción con las partículas magnéticas recubiertas de anticuerpos y quedan retenidos en la columna. Mientras, los espermatozoides sanos, que no han mostrado signos de muerte celular y no tienen unidas estas partículas, logran atravesar la columna por gravedad y son los que recuperamos para usarlos en la ICSI".
Los chips de microfluidos son un método novedoso para eliminar selectivamente del eyaculado aquellos espermatozoides con fragmentación en la doble cadena de ADN, mejorando significativamente las tasas de éxito en diversas técnicas de reproducción asistida. Se trata de una cámara con microcanales de microfluidos, que cuenta con un pocillo de entrada y otro de recogida, conectadas a través de un microcanal de fluidos. En la técnica se coloca un pequeño volumen de la muestra de semen en la cámara de entrada del dispositivo y, pasado un tiempo, se escogen los espermatozoides que han alcanzado la cámara de recogida.
"Es un dispositivo que permite la selección de espermatozoides con mejor movilidad y menor fragmentación de doble cadena de ADN de manera sencilla, sin la necesidad de procesamiento adicional ni centrifugación de la muestra seminal, lo que reduce el daño a los espermatozoides y minimiza el riesgo de contaminación", destacó el especialista.
Selección espermática y tasas de euploidía en blastocistos
Recientemente, la Unidad de Reproducción Asistida del Hospital Ruber Internacional presentó, en el Congreso de ASEBIR Palma 2023, los resultados de un trabajo de investigación que perseguía determinar si el uso de técnicas de selección espermática como gradientes, MACS y microfluidos favorecen una mayor probabilidad de euploidía en programa de FIV y ovodonación.
La "euploidía" se refiere a que el embrión tiene el número correcto de cromosomas, sin duplicaciones ni pérdidas, lo que se considera normal y saludable. La selección de embriones euploides es crucial porque los embriones con aneuploidías (número incorrecto de cromosomas) tienen una mayor probabilidad de resultar en fallos de implantación, abortos espontáneos o condiciones genéticas severas.
En el estudio retrospectivo, que abarcó desde 2017 hasta 2022, se llevaron a cabo 618 pruebas de aneuploidías utilizando NGS en biopsias de blastocistos, evaluando un total de 1.931 embriones. Todos los pacientes tuvieron un análisis de fragmentación de ADN de los espermatozoides antes de someterse al ciclo de fertilización in vitro.
"Realizamos distintas técnicas según la condición de cada paciente: gradientes para aquellos sin patologías aparentes, MACS para pacientes con fragmentación simple y para aquellos que, a pesar de tener fragmentación normal, experimentaron varios ciclos fallidos previos. En casos de fragmentación doble, optamos por la técnica de microfluidos", explicó el doctor Franco Iriarte.
Después de aplicar cada técnica, los investigadores examinaron el porcentaje de embriones euploides en cada grupo. "Al comparar MACS o microfluidos frente a la técnica de gradientes, observamos 1,5 veces más probabilidad de tener un blastocisto euploide cuando seleccionábamos los espermatozoides por MACS o microfluidos", comentó. Según los resultados del estudio, incluso cuando la muestra de semen era normal, si se aplica MACS, la tasa de euploidía aumenta.
Si bien los autores reconocen que aún es necesario aumentar el número de casos de su investigación, concluyen que "realizar estas técnicas de selección espermática puede ayudar a mejorar el éxito reproductivo, sobre todo en programa de ovodonación donde el factor ovocitario está controlado, poniendo en evidencia las aneuploidías embrionarias de origen masculino", señaló.
En conclusión, la evaluación y abordaje de la fragmentación del ADN espermático son aspectos fundamentales en la atención de ciertos grupos de pacientes que buscan concebir mediante reproducción asistida. La capacidad de distinguir entre roturas de cadena simple y doble mediante técnicas como el ensayo Comet ofrece una evaluación más completa, permitiendo una selección de estrategias de tratamiento más precisa para cada paciente. Las técnicas avanzadas de selección espermática ofrecen herramientas efectivas para mejorar las tasas de éxito y brindar esperanza a las parejas que enfrentan desafíos en su viaje hacia la paternidad