Estudio morfológico de las mitocondrias espermáticas como fundamento de la fisiología espermática normal y de la infertilidad en el varón

Abstract

El espermatozoide es una célula haploide, muy especializada que se encuentra tanto morfológica como funcionalmente diseñada para cumplir su función de fertilización. Consta de una cabeza donde se encuentra el material genético que permitirá reconstituir la diploidía al fusionarse con el núcleo del ovocito y una cola o flagelo que le permitirá alcanzarlo y fecundarlo. Durante la espermatogénesis, los espermatozoides pierden la mayoría de sus organelos junto con gran parte del contenido citoplasmático, pero conservan las mitocondrias.

Las mitocondrias espermáticas se encuentran localizadas en la primera parte del flagelo, la pieza media, y se disponen siguiendo un patrón helicoidal, dando giros en torno al axonema. Se conectan entre sí a través de puentes disulfuro y al citoesqueleto subyacente a través de complejos proteicos, generando una estructura relativamente rígida. Además, fallas en el preciso ordenamiento mitocondrial podrían conducir a alteraciones en la motilidad, a la producción de espermatozoides defectuosos y a problemas para la fertilización. Los espermatozoides adquieren su potencial fecundante luego de permanecer en el tracto genital femenino a través de la capacitación.

La capacitación consiste en una serie de cambios morfológicos, bioquímicos y funcionales que ocurren en el tracto genital femenino y lo preparan para la fecundación. Durante la capacitación, el espermatozoide sufre la reacción acrosómica y un cambio en el patrón de movimiento espermático denominado hiperactivación. Planteamos que cambios morfológicos en las mitocondrias pueden acompasar estos cambios funcionales del espermatozoide. Nos propusimos generar herramientas informáticas capaces de reconocer, medir y cuantificar cambios morfométricos a nivel de la pieza media espermática y de la propia mitocondria y aplicarlas al estudio de los espermatozoides.

Postulamos que la función mitocondrial en los espermatozoides se refleja en cambios morfológicos de la pieza media y en particular de las mitocondrias durante la capacitación y, además, que dichos cambios morfológicos pueden ser indicadores de alteraciones de los espermatozoides en pacientes infértiles. Utilizamos imágenes de espermatozoides obtenidas por microscopía de epifluorescencia o por microscopía electrónica, las procesamos con softwares libres adaptándolos a la forma y tamaño de las mitocondrias en la pieza media, generando datos que nos permitieron describir y cuantificar cambios morfométricos.

Como resultados: 1- Generamos scripts y algoritmos que ajustamos a las diferentes necesidades experimentales. 2- Evidenciamos, una reducción del área y ancho de la pieza media en espermatozoides de ratón que sufrieron la reacción acrosómica durante la capacitación. 3- En espermatozoides humanos, las piezas medias fueron más cortas y anchas en muestras de semen con alteraciones en el espermiograma que con espermiograma normal. El análisis ultraestructural en hombres infértiles, mostró mitocondrias grandes y ensambladas de forma irregular con mayor área y menor circularidad en el análisis morfométrico, similares a las mitocondrias de espermatozoides apoptóticos. 4- En sujetos sin alteraciones en los parámetros espermáticos, constatamos un aumento del área de la pieza media espermática luego de la incubación de los espermatozoides con drogas dirigidas a la mitocondria.

A través de este trabajo logramos desarrollar herramientas informáticas para analizar la morfología mitocondrial en el espermatozoide, tanto a nivel celular como subcelular. Los resultados obtenidos revelan cambios en la morfología y organización mitocondrial en espermatozoides maduros de ratón y humanos en diversas condiciones. Dichos hallazgos sugieren que existen cambios en la morfología mitocondrial espermática que podrían ser base para el entendimiento de la etiopatogenia de la infertilidad. Los datos obtenidos destacan el potencial del algoritmo como una herramienta robusta para el análisis cuantitativo de la morfología mitocondrial y para su aplicación en diversos contextos para evaluar la calidad espermática y con potencial diagnóstico en el estudio del hombre infértil.