La investigación amplía el alcance de la conservación en seco de espermatozoides de mamíferos

12 de octubre de 2017

En un artículo que se publicará en el número de noviembre de la revista Theriogenology, un equipo de investigadores de la Universidad de Carolina del Norte en Charlotte y del Instituto Smithsonian de Biología de la Conservación anuncia el primer secado y rehidratación con éxito de espermatozoides de gato doméstico mediante un método rápido de deshidratación por microondas.

Los autores del trabajo, Jennifer Patrick y Gloria Elliott, de la UNC Charlotte, y Pierre Comizzoli, del SCBI, demuestran que los espermatozoides rehidratados presentan daños mínimos en el ADN y son viables: son capaces de producir embriones in vitro. Dado que el grupo ya había logrado producir óvulos de gato deshidratados viables, este hallazgo muestra la posibilidad de conservar las células reproductoras felinas en estado desecado.

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Lejos de ser un logro esotérico, la conservación con éxito de espermatozoides de gato mediante deshidratación es un paso potencialmente importante para abordar cuestiones clave relacionadas con la biología reproductiva de los félidos salvajes.

Muchos biólogos y científicos medioambientales piensan que la biosfera se encuentra actualmente en medio de una "sexta extinción" que puede acabar con una gran reducción del número de especies del planeta y el colapso de vastos ecosistemas. Existe un riesgo importante de que, en un futuro próximo, especies clave para la diversidad biológica del planeta se extingan o vean tan reducida su diversidad genética que las poblaciones salvajes no sean viables.

La ciencia podría mejorar rápida y satisfactoriamente el estado de las poblaciones de animales pequeños si se dispusiera de más "bibliotecas" de óvulos y espermatozoides conservados. Los científicos podrían utilizar simplemente reservas de material reproductivo, conservado de forma estable y desecado, rehidratarlo y crear una población de embriones viables.

¿Por qué células reproductoras desecadas? La idea de conservar espermatozoides, óvulos y embriones para su uso posterior no es nueva, pero generalmente la técnica de conservación preferida es la congelación de estos materiales. La crioconservación es una tecnología de eficacia probada para preservar células germinales y embriones, pero este enfoque plantea problemas si se tiene en cuenta la incertidumbre sobre el futuro. El almacenamiento a temperaturas de congelación requiere suministros constantes de energía, tecnología e instalaciones caras y operaciones complejas de mantenimiento, cosas todas ellas difíciles y costosas de mantener de forma continuada durante largos periodos de tiempo, especialmente en condiciones ocasionalmente adversas.

La naturaleza sugiere otra solución, quizá más sólida: la estasis celular por deshidratación. Las plantas, los hongos y las bacterias lo hacen habitualmente, depositando su material genético en esporas, quistes, polen y semillas, que lo mantienen conservado durante breves periodos -y también, a veces, durante escalas de tiempo mucho más largas- y permiten transportarlo también a través de las distancias.

Algunos animales que viven en desiertos hostiles y otros entornos extremos -como las gambas de salmuera y los tardígrados ("osos de agua")- también han desarrollado la capacidad de poner su biología en un estado de estasis deshidratada, a veces durante largos periodos. Lo hacen produciendo y acumulando altas concentraciones de azúcares disacáridos (como la trehalosa) en sus células, que sustituyen al agua perdida durante la deshidratación y se solidifican hasta convertirse en un cristal -líquido realmente muy viscoso que detiene la actividad química e inmoviliza las enzimas-, una congelación a temperatura ambiente de las estructuras y la actividad celulares, una versión a nivel molecular de los insectos congelados en ámbar.

"Cuando se piensa en la conservación de organismos a largo plazo, no sólo hay que tener en cuenta las interrupciones eléctricas. Las muestras congeladas no son fáciles de transportar, mientras que si se almacenan en paquetes secos -como los frutos secos o cualquier otro producto seco que tengamos en una estantería-, podemos meter la colección en una bolsa y salir por la puerta. Ese es el concepto: no sólo mantener bajo el coste de almacenamiento, sino hacer que las muestras sean fácilmente transportables, facilitando el intercambio o la reubicación de muestras."

El método de conservación que investiga el equipo de investigación de Elliott consiste en suspender las células en una solución diluida de trehalosa y, a continuación, concentrarla eliminando el agua con un suave proceso de calentamiento asistido por microondas, de modo que se forma un cristal de trehalosa que inmoviliza las moléculas biológicas a temperatura ambiente, similar a la congelación.

Anteriormente, las células reproductoras se habían conservado en seco de forma similar con trehalosa, mediante una técnica de liofilización, pero el método asistido por microondas es más rápido y podría permitir un uso más extendido de la tecnología.

"Esto nos permite introducir estas tecnologías de conservación en entornos con pocos recursos, como los países en vías de desarrollo", explica Elliott, quien añade: "Si pensamos en especímenes para la investigación de la biodiversidad, esos países no están preparados para ese tipo de recolección, y este método de conservación abre esa posibilidad".

El hallazgo también amplía la gama de especies de mamíferos cuyas células germinales pueden conservarse en seco con éxito. En experimentos anteriores se habían conservado en seco espermatozoides y óvulos de ratas y ratones, pero la biología de las células germinales de los roedores es muy distinta de la de otros mamíferos, como los gatos y los humanos. En los roedores, el espermatozoide es relativamente simple y contiene principalmente sólo el material genético masculino, mientras que en los gatos y los humanos contiene también el centrosoma, una estructura celular necesaria para la división celular y el desarrollo satisfactorio de un embrión. Dado que el centrosoma es vital para la reproducción y que los espermatozoides son estructuras celulares pequeñas, su conservación es potencialmente más difícil que la de los roedores.

"Es la primera vez que se hace con esperma de gato, y el esperma de gato es más parecido al de humano que al de roedor", señala Elliott.

"Se ha trabajado mucho con ratas, pero la rata no es necesariamente un buen modelo para la herencia centrosómica, que podría afectar a la fertilidad. Por eso creemos que el modelo del gato doméstico es mejor para el ser humano que el de los roedores, y este hallazgo es significativo", afirmó.

La tasa de éxito reproductivo de los espermatozoides rehidratados del equipo fue del 6,5%, frente a una tasa del 15% con espermatozoides frescos, lo que supone una reducción de la viabilidad, pero sigue siendo aceptable a efectos de conservación. Los espermatozoides rehidratados no eran móviles, pero esto tampoco era crítico para producir embriones viables.

"Cuando secamos y almacenamos las muestras para crear embriones, no es necesario que el esperma esté totalmente intacto, ya que con las muestras rehidratadas inyectamos espermatozoides intracitoplasmáticos", explica Elliott, "no es necesario que tengan cola ni que las cabezas estén totalmente intactas, ya que lo que se inyecta son componentes esenciales del esperma. Las cabezas de los espermatozoides no tienen que estar en una forma fantástica, pero sí hay que asegurarse de que ciertos componentes críticos estén intactos, incluido el centrosoma."

Aunque el hallazgo es una prueba de concepto, aún queda trabajo por hacer para desarrollar y probar la tecnología. Elliott señala que queda por ver si el nivel de sequedad que se consigue actualmente es lo bastante alto para una conservación a largo plazo sin refrigeración, y también si es posible un secado mayor. Una vez optimizadas estas condiciones, hay que hacer pruebas para garantizar que los embriones puedan madurar y convertirse en gatitos sanos.