fragmentación ADN espermático

Riesgos de la edad paterna avanzada

La presión social sobre la mujer respecto a la edad para concebir y las consecuencias de una edad materna avanzada (EMA) es implacable, lo hemos tratado en el blog en varias entradas analizando la edad y alteración de la calidad ovocitaria y como la edad para ser madre, si importa.

Mientras que esta presión sobre el reloj biológico para los hombres prácticamente no existe. El hecho de que el hombre tenga espermatozoides toda su vida, le permite ser padre a cualquier edad, pero ¿la calidad de los espermatozoides es la misma con 25 que con 65 años?

Antes de avanzar en este tema, recordemos que:

Un hombre comienza a producir espermatozoides durante la pubertad y continúa produciendo espermatozoides durante el resto de su vida.
Las señales de la glándula pituitaria en el hipotálamo inducen a los testículos para que produzcan testosterona, fabriquen y almacenen espermatozoides y produzcan líquido seminal.
Los órganos que constituyen el tracto reproductor masculino (testículos, epidídimo, vesículas seminales, glándula prostática) deben funcionar con la máxima eficiencia para preparar, transportar y eyacular los espermatozoides durante el coito.
Para que la fecundación se lleve a cabo, se requiere un número elevado de espermatozoides, con buena movilidad y morfología, de manera que las probabilidades de que uno de ellos consiga fecundar el óvulo se vean favorecidas. Además, el material genético de ese espermatozoide, su ADN, ha de estar cromosómicamente intacto para producir un bebé sano.

¿Qué ocurre con la edad paterna avanzada (EPA)?

Aunque no existe una única definición aceptada de edad avanzada de un hombre, desde el punto de vista reproductivo, cada vez hay más trabajos que sugieren que la edad paterna avanzada (EPA) se puede considerar conforme supera los 40 años, contribuyendo a una mayor vulnerabilidad en su descendencia a las enfermedades hereditarias.

En el hombre, entre los 40 -50 años, se produce la andropausia cuya señal más reconocible es la disminución de los niveles de testosterona, debido por un lado a que las células encargadas de producir testosterona en los testículos (células de Leydig) disminuyen su producción y, por otro lado, aumentan los niveles de una globulina fijadora de las hormonas sexuales (SHBG, por sus siglas en inglés). La SHBG es una proteína producida por el hígado que se une a las hormonas sexuales en el torrente sanguíneo, incluyendo la testosterona y los estrógenos. Su importancia radica en que la SHBG actúa como un amortiguador, controlando la cantidad de hormonas sexuales disponibles para el cuerpo, de manera que mantiene un delicado equilibrio en los procesos donde intervienen las hormonas sexuales. Así, al aumentar la edad del varón, los niveles de SHBG aumentan y esto supone una disminución de la testosterona libre en el torrente sanguíneo. Los cambios en el aparato reproductor masculino por el envejecimiento se van a ir manifestando tanto en el tejido testicular, como la producción de espermatozoides (calidad y cantidad) y en un aumento de la disfunción eréctil, los cuales van a comprometer la fertilidad masculina. Es de subrayar que todos estos cambios usualmente ocurren de manera gradual y no es igual para todos los hombres.

En lo que respecta a la calidad seminal, al ir avanzando la edad por encima de los 35 años, el volumen seminal va a disminuir, así como la concentración de espermatozoides, la movilidad, porcentaje de formas normales y el ADN espermático se puede ver alterado por diversas condiciones endógenas y exógenas. De hecho, los últimos estudios indican una mayor rotura de las cadenas de ADN alrededor de los 40 años. Por lo cual algunos autores sugieren la incorporación de valoración de la fragmentación del ADN de rutina en el estudio de fertilidad del varón con edad avanzada. Todo ello, lleva a la necesidad de informar especialmente a los varones infértiles que pretenden retrasar su paternidad.

En la concepción natural varones con EPA tienen menores tasas de fecundación y mayores tasas de aborto

Cuando se recurre a las técnicas de reproducción humana asistida (TRAs), los resultados, relacionados con una EPA, se reflejan en:

Menor tasa de fecundación
Menor calidad embrionaria
Menor tasa de implantación
Menor tasa de gestación
Menor porcentaje de recién nacido vivo

Si bien es cierto que existe cierta confusión entre los diversos trabajos, dado que aquellos que no han tenido en cuenta los óvulos de mujeres de edad materna avanzada o los óvulos de mujeres jóvenes, propios o donados, pueden subestimar la influencia de la EPA. Es evidente que la combinación de una edad avanzada paterna (EPA) y materna (EMA) es la que tiene una menor probabilidad de resultados positivos en TRAs.

Riesgos en la descendencia asociados a varones de edad avanzada.

Con el aumento de la edad, como hemos mencionado anteriormente, la calidad seminal va a ir disminuyendo y va a comprometer la posibilidad de conseguir un embarazo. Esto puede ser debido a que los espermatozoides no pueden llegar al tracto genital femenino (disfunción eréctil) o que, al disminuir la calidad espermática, se van reduciendo las posibilidades de que un espermatozoide pueda llegar a fecundar al óvulo, debido a anomalías en su material genético (mutaciones del ADN, aneuploidías cromosómicas, modificaciones epigenéticas como el silenciamiento de genes esenciales)

Se ha estimado que la incidencia de mutaciones autosómicas dominantes de novo, en la descendencia de padres de 40 años o más es de menos del 0,5%. Si bien pudiera estimarse como un riesgo bajo, lo cierto es que estas patologías están asociadas a un fenotipo grave, por esta razón algunos autores sugieren que se debería incorporar en el asesoramiento genético prenatal este riesgo para los embarazos con EPA.

Por otro lado, el aumento de la edad paterna parece estar asociada a alteraciones psicológicas y cognitivas en la descendencia, con un aumento de conductas alteradas en la infancia como, por ejemplo, respuestas emocionales hostiles e inestables o impulsividad; un menor coeficiente intelectual y un mayor riesgo de autismo, esquizofrenia y trastorno bipolar.

A fin de poder controlar los riesgos se ha propuesto que en los casos de EPA se incorpore información de aquellas parejas con varones de edad avanzada.

Asesoramiento preconcepcional:

Señalar los riesgos de infertilidad y aborto espontáneo.
La posibilidad de mutaciones de novo
Mutaciones autosómicas dominantes de novo (trastornos por efecto de la EPA)

Asesoramiento concepcional:

Explicar las limitaciones de realizar sólo el cariotipo.
La necesidad de realizar pruebas genéticas más complejas.
Se está investigando en la secuenciación del exoma completo (WES), pero es una técnica cara, compleja y es necesario profundizar en su beneficio/ riesgo/ limitación de la técnica.
Análisis del ADN de células libres en suero materno. Se están desarrollado paneles de hasta 30 afecciones genéticas, pero queda pendiente valorar su rendimiento en la rutina clínica.

En resumen:

La EPA contribuye a una mayor vulnerabilidad en su descendencia a las enfermedades hereditarias. Aunque su impacto parece ser pequeño, pero significativo.

A partir de los 40 años los hombres experimentan una serie de cambios que comprometen su fertilidad, usualmente ocurren de manera gradual y no es igual para todos ellos.

Es importante la valoración de la fragmentación del ADN espermático de rutina en el estudio de fertilidad del hombre con edad avanzada (EPA). Es necesario informar especialmente a los varones infértiles que pretenden retrasar su paternidad.

Se debería incorporar el asesoramiento genético pre- y concepcional sobre el riesgo de los embarazos obtenidos de hombres con EPA.

Victoria

Tecnología avanzada en la selección espermática.

La importancia de un material genético íntegro es crucial, ya sea del espermatozoide, como del óvulo, el ADN debe estar intacto para que se produzca un embrión viable y posterior nacimiento de un niño sano. Centrándonos en el ADN del espermatozoide, hemos tratado en el blog sobre la relación entre la fragmentación del ADN espermático y la fertilidad, así como si es posible corregir la fragmentación del ADN espermático.

A fin de seleccionar espermatozoides donde el daño en la cadena de ADN, ya sea en la cadena simple o en la doble cadena (causa de abortos) pueda ser reducido, se han desarrollado diferentes metodologías de selección espermática en la aplicación de las técnicas de reproducción asistida (TRA).

Ténicas convencionales de selección espermática

En la selección espermática convencional, se emplean dos técnicas de separación dependientes de la morfología y la motilidad, para la obtención de espermatozoides funcionales, recomendadas por la Organización Mundial de la Salud en el Manual del laboratorio sobre el examen y proceso de las muestras de semen (2021):

Método swim-up, los espermatozoides móviles nadan desde un sedimento prelavado hacia una capa de medio fresco para su selección.
Método de gradiente de densidad, donde se utilizan fuerzas centrífugas para separar los espermatozoides de acuerdo con su gradiente de densidad.

Como todas las técnicas presentan ventajas, como la selección de espermatozoides móviles y funcionales. Así como desventajas como:

Centrifugación de las muestras: al hacerlo a altas velocidades de rotación, perjudican la morfología de los espermatozoides, la integridad del ADN y compromete su vitalidad, debido a la generación de altos niveles de especies reactivas de oxígeno (ERO).
Consumen mucho tiempo en su realización y material.
Los resultados pueden variar en función de la persona que realice la técnica.

Respecto a qué método es mejor, la evidencia es muy baja ya que se desconoce si hay diferencias significativas entre las tasas de gestación clínica, las tasas de aborto o las tasas de embarazo en curso.

Técnicas avanzadas de selección espermática.

En busca de una mejor selección espermática donde el porcentaje de espermatozoides funcionales sea mayor y disminuyan los niveles de ERO, se han desarrollado otras técnicas avanzadas, en función de diferentes características espermáticas como:

Movilidad: Cámaras microfluídicas
Carga superficial de membranas: Potencial Z
Morfología: MSOME: Examen Morfológico de Orgánulos Espermáticos / IMSI: Inyección Intracitoplasmática Morfológicamente Seleccionada de Espermatozoides.
Integridad y proteínas de membrana: PICSI / HBA: Ensayo fisiológico de unión ICSI / Hialurónico; MACS: Clasificación de células activadas magnéticamente.

De todas estas técnicas nos centraremos en la primera.

Cámaras microfluídicas

Desde hace unos 20 años, se viene desarrollando la tecnología microfluídica, pero hasta el 2002 no se publicó el primer artículo de revisión sobre la tecnología microfluídica en las TRA.

Una cámara multifluídica es un dispositivo, chip microfluídico, basado en la aplicación de propiedades de dinámica de fluidos a microescala para gestionar el movimiento eficiente de los espermatozoides. Básicamente se distinguen tres tipos de chips microfluídicos, en función de su mecanismo de acción, aquellos que emplean una fuente externa se consideran activos (por ejemplo, bombas de jeringa), mientras que los que no lo hacen se consideran pasivos (por ejemplo, presión hidrostática) y dispositivos de selección inducidos por estímulos externos.

Además, en los diferentes dispositivos, la investigación se ha basado en las características de los espermatozoides (concentración, morfología, vitalidad, movilidad) y, en las características del tracto reproductivo femenino tales como la respuesta de los espermatozoides a los estímulos mecánicos; la interacción de los espermatozoides con la superficie de las paredes limítrofes siguiéndolas y cambiando sus orientaciones espaciales (tigmotaxis); la tendencia de los espermatozoides con capacidad de nadar en la dirección opuesta al flujo de fluidos circundante (reotaxis); las características químicas (quimiotaxis) y térmicas (termotaxis)

Uso clínico.

En el laboratorio de FIV se emplean basicamente dos tipos de chip microfluícos dependiendo de la técnica a realizar. De manera que para la ICSI se emplean unos dispositivos basados en un diseño de microcanal simple. La plataforma ICSI consta de microcanales paralelos e idénticos(Fig.1 A). Después de un corto tiempo de incubación, los espermatozoides extraídos en la salida están listos para ser utilizados (ZyMōt ICSI y FERTILE)

Cuando es necesario un mayor volumen de semen para realizar IUI o FIV se emplea un chip de microfluidos de doble cámara sin flujo. Básicamente, consiste en una primera cámara que es la entrada donde se inyecta una muestra de semen no tratada y los canales de fluido están separados de la segunda cámara de recolección por una membrana microporosa, donde se añade medio de lavado de espermatozoides (cámara de recuperación) El chip se incuba durante 30 minutos a 37 °C. Durante ese tiempo, los espermatozoides móviles y de morfología normal pueden atravesar la membrana microporosa (tamaño de poro de 8 μm) para llegar a la cámara de recuperación, de donde son recogidos (ZyMōt Multi y FERTILE Plus/Ultimate)

Fig.1 .- Distintos chip microfluídicos. Los modelos A y C son los que se utilizan con mayor frecuencia en uso clínico.

Ventajas

Esta técnica permite una selección precisa de los espermatozoides móviles en un período de tiempo bastante corto, presentando los espermatozoides seleccionados menos rotura de cadena doble y reducida presencia de especies reactivas de oxígeno. Estos sistemas tienen otra ventaja, se emplea muy bajo volumen de las muestras y se requiere poco tiempo para su preparación en caso de realizar ICSI, para inseminación artificial (IUI) hay chip microfluidicos de mayor volumen.

Desventajas

No se deben utilizar, dado su bajo rendimiento en pacientes con factor masculino severo, son necesarios unos valores mínimos en cuanto al número, movilidad y morfología espermática. Tampoco está aconsejados su uso en muestras congeladas de semen.

Desafortunadamente, los dispositivos para el uso clínico tienen dos principales inconvenientes: un alto coste y el bajo rendimiento de la muestra en términos de volumen.

¿En qué casos está indicado el uso de las cámaras microfluidicas?

Casos de alta fragmentación de ADN espermático
Fallos repetidos de implantación tras varios intentos de inseminación intrauterina.
Infertilidad de larga duración o con subfertilidad masculina
Ciclos previos con baja tasa de fecundación, menor calidad embrionaria, menor tasa de implantación y mayor tasa de aborto recurrente.
Varicocele

Resultados

A pesar de seleccionar espermatozoides con menos fragmentación de ADN y buena movilidad, no parece existir una diferencia significativa entre el uso de la cámara microfluídica y las técnicas de swim-up y gradientes de densidad, en cuanto a tasa de fecundación, blastocistos de buena calidad y tasas de gestación. Aunque si hay una tendencia hacia una tasa mayor de blastocistos euploides, de implantación y embarazo clínico.

Comentarios

Has de saber que el objetivo de todas las técnicas desarrolladas, y en investigación, es el de predecir el potencial fértil del varón y recuperar espermatozoides que permitan, no solo alcanzar la gestación, sino el nacimiento de un niño sano.

Nos hemos centrado en los dispositivos multifluídicos que tienen un futuro prometedor, pero dada su complejidad requiere de líneas de investigación multidisciplinar, biomedicina e ingeniería. Además se ha se seguir trabajando en conseguir una mayor accesibilidad para implementar los laboratorios de FIV.

A día de hoy, no existe una evidencia fuerte sobre qué técnica es el Gold standar para la selección espermática. Es necesario realizar meta-análisis que validen los resultados obtenidos dada la controversia existente entre los diversos trabajos publicados.

Victoria

¿Es posible corregir la fragmentación del ADN espermático?

El tema de la fragmentación espermática ya lo tratamos en otra entrada de blog, pero como algunos de vosotros me lo habéis solicitado, aquí veremos otros aspectos.

Es reconocido, que alrededor de un 10 – 15% de los hombres que no consiguen ser fértiles, a pesar que, en su análisis de semen convencional, los parámetros de concentración, movilidad y morfología espermática sean normales. Esto es debido a que presentan alteraciones en el material genético de sus gametos.

Una de esas alteraciones en el material genético de los espermatozoides es la fragmentación de su ADN (Sperm DNA Fragmentation, SDF), que hace referencia a las roturas en la cadena del material genético: roturas que se limitan a una sola cadena del ADN (rotura simple) o roturas que afectan a las dos cadenas del ADN (rotura doble).

El origen de dichas roturas puede ser debido a factor intrínsecos, alteraciones en la formación de los espermatozoides (a nivel testicular y postesticular) o extrínsecos (radiaciones, quimioterapia, calor, exposición a tóxicos, drogas).

Evidentemente, un mayor daño en el ADN de los espermatozoides va a tener un impacto negativo importante, que será mayor si la alteración del material genético no ha sido diagnosticada, dando lugar a resultados reproductivos deficientes, incluyendo la reducción de la calidad del semen, la reducción de la fertilización, baja calidad embrionaria, bajas tasas de gestación, la pérdida recurrente del embarazo y los resultados deficientes del TAR. Así como anomalías en los recién nacidos.

Se han desarrollado ocho métodos para evaluar la Fragmentación del ADN Espermático (SDF, siendo los métodos más utilizados SCSA, Sperm Chromatin Structure Assay), el desoxinucleótido terminal Trifosfato de desoxiuridina mediado por transferasa etiquetado de extremo de nick (TUNEL), el COMET y la prueba de dispersión de cromatina espermática (SCD), que permiten calcular el Índice de ADN Fragmentado (IDF)

Si bien, cada una de las pruebas evalúa el daño del ADN espermático, cada análisis mide un aspecto ligeramente diferente del daño del ADN, por lo tanto, no son equivalentes y es fundamental entender cómo cada prueba proporciona los resultados. Evidentemente, cada test presenta una serie de ventajas y desventajas. Además, cada laboratorio, aplicando un ensayo determinado, obtendrá sus puntos de corte de SDF y serán diferentes de otro laboratorio.

Lo cierto es que, las sociedades científicas, como la Asociación Europea de Urología, la Sociedad Estadounidense de Medicina Reproductiva (ASRM) o la Asociación Estadounidense de Urología, no recomiendan los test SDF en el estudio rutinario de infertilidad. Si bien, el test SDF puede ser clínicamente informativo para los resultados de reproducción asistida, en poblaciones determinadas de pacientes.

Las indicaciones para realizar los test de análisis espermático en la práctica clínica son resumidamente:

Fallo en FIV y/o ICSI.
Infertilidad inexplicada/ pérdida de gestación recurrente/fallo de inseminación artificial (IA).
Varicocele. El varicocele es la causa corregible más común de infertilidad masculina, con una prevalencia aproximada del 40% de los hombres con infertilidad primaria y hasta el 80% de los hombres con infertilidad secundaria.
Estilo de vida actual y hábitos no saludables
También es necesario tener cuidado en el manejo de las muestras en el laboratorio de FIV, pues se puede provocar un aumento de los niveles de SDF.

¿Cómo afectan los altos niveles de SDF a la fertilidad?

Si bien llegar a conclusiones sólidas en complejo dada la controversia en la bibliografía, se puede indicar que una alta tasa de SDF afecta:

En la concepción natural con una tasa de gestación muy baja.
Cuando se recurre a las técnicas de reproducción asistida (TRAs), se ha observado una menor tasa de embarazo en IA / FIV y mayores tasas de aborto en FIV/ICSI

¿Qué se debe hacer en casos de fragmentación severa del ADN espermático?

Para intentar disminuir los altos niveles de SDF se recomiendan algunos tratamientos como eyaculación recurrente, terapia antioxidante, modificaciones en el estilo de vida (lo vemos en detalle en el siguiente punto), varicocelectomía y técnicas avanzadas en la selección espermática.

Un caso en particular, dentro de la selección espermática, como se ha demostrado que a medida que los espermatozoides avanzan a través del tracto genital masculino, aumentan las posibilidades de daño en el ADN. En aquellos pacientes que tienen SDF elevado y persistentemente alto, puede ser beneficioso el uso de espermatozoides recuperados quirúrgicamente. Además, es recomendable, dado que existe una relación clara e inversa entre SDF y la motilidad de los espermatozoides, el uso de una cámara microfluídica para la selección de los mejores espermatozoides de los recuperados quirúrgicamente.

Posible corrección del SDF: Evitar la exposición a sustancias tóxicas/cambios en el estilo de vida

Como ya hemos hablado en otras entradas del blog, toda persona que quiera estar saludable y, en concreto, tener un hijo, ha de prestar una atención especial a su estilo de vida y replantease, si es el caso, el adquirir hábitos saludables con tiempo suficiente para que se lleven los cambios positivos en su organismo.

En el caso concreto que nos ocupa la SDF se ve afectada por el estilo de vida actual y los malos hábitos como es el tabaco; la obesidad; la exposición a tóxicos ocupacionales o ambientales; exposición a productos químicos ambientales, contaminantes organocloros y Bisphenol.

Especialmente, aquellos hombres con análisis de semen limite/anormal expuestos a factores de riesgo en su estilo de vida, pueden modificar su nivel de SDF mediante asesoramiento nutricional, dietas específicas ricas en pescado, polo, frutas, vegetales y granos enteros; realizando ejercicio moderado; recibiendo apoyo psicológico; desarrollando programas educativos, meditación y yoga, que en estudios recientes indican que favorecen la fertilidad y la integridad genómica.

**Evitar la exposición a sustancias tóxicas/cambios en el estilo de vida**

Comentarios finales

A pesar del desarrollo de diversas técnicas para la detección y manejo de la SDF, los estudios futuros deberán centrarse, en opinión de los expertos, en optimizar las pruebas de SDF, los grupos de pacientes objetivo (indicaciones mencionadas, pacientes con cáncer que desean preservar su fertilidad o pacientes de edad avanzada), el impacto en la fertilidad y los resultados de las TRAs, así como las terapias que podrían reducir los niveles de SDF en hombres infértiles. Es necesario estandarizar los test y encontrar cutt-off SDF universales. No obstante, hay pruebas razonables que indican que la prueba de SDF es una herramienta de diagnóstico y pronóstico útil en la evaluación de la fertilidad masculina en pacientes seleccionados.

Por último, una cuestión importante a tener en cuenta a pesar de lo mencionado anteriormente, es que, aunque se realice la selección de espermatozoides con mayor movilidad e integridad genómica, siempre habrá un factor limitante que no debemos obviar y es el de la edad materna avanzada, aneuploidía ovocitaria inherente, que afectará negativamente los resultados.

Victoria