Fecundación
in vitro
Natalia
López Moratalla *
La situación biológica
primordial del ser humano engendrado y del producido.
“El
hombre resulta, como todo ser biológico, de la puesta en marcha de un proceso
que llamamos “información genética” o herencia. Esta ofrece, como peculiaridad,
la de preparar al ser vivo para un “último terminado (“urdimbre”) que le
permitirle asimilar, incorporar, unas estructuras formales del ambiente a las
estructuras organizadas por la herencia, le dotan de una máxima capacidad de
adaptación dentro de su mundo peculiar. La llamada “necesidad de objeto” deriva
pues, en el fondo, de un proceso genético, se confunde en cierto modo con la
“herencia socio-genética” y es, por decirlo así, su manifestación visible en el
mundo de la observación accesible al psicólogo y al psicoterapeuta. Pero tiene
otras maneras de manifestarse, por ejemplo, en el “encuentro con el lenguaje” o
con las “categorías lógico-matemáticas” en el “proceso de aprendizaje” (Piaget)
o en el encuentro con los ritmos biológicos. Y en un plano más biológico aún, en
el establecimiento de la autoinmunidad y de los enzimas adaptativos. Todos ellos
fenómenos profundamente correlacionados y que nacen de una misma situación
biológica primordial” (1).
De acuerdo con Rof Carballo, lo originario es lo biológico que predispone para
la primera interrelación o encuentro, que es afectivo, en concreto
materno-filial, o tutorial en su defecto. Estos son los elementos fundantes de
todo desarrollo humano: un esquema ascendente desde la información genética que
permite dar cuenta de lo especifico de la vida del ser humano.
El
proceso que constituye un nuevo ser humano es la fecundación. Con él se prepara
la materia recibida de los progenitores para dar una unidad celular con las
características propias (el fenotipo) de inicio o arranque de un programa de
vida individual; esto es, con capacidad de comenzar a emitir o expresar el
mensaje genético del nuevo individuo. El engendrar de los padres, la fecundación
natural, acaba tras un delicado proceso, en la formación de una célula con un
fenotipo característico, el cigoto, que inicia su ciclo vital. Tras completar el
programa de desarrollo embrionario, el nuevo ser humano se convierte en
individuo adulto, que, una vez alcanzada la madurez sexual, producirá gametos
que le permitan participar en la transmisión de la vida. En casos de
infertilidad, cuando por algún motivo no se produce la fecundación en forma
natural, la tecnología ha hecho posible recurrir a una variedad de técnicas de
reproducción asistida que permiten la procreación sin curar la esterilidad.
Intentemos
mostrar las diferencias de la “situación biológica primordial” de hijo generado
“técnicamente” respecto del hijo engendrado “normalmente”. O dicho con otras
palabras, qué relaciones moleculares se pierden o debilitan cuando se recurre a
la fecundación artificial. Consideraremos las relaciones moleculares e
intercelulares en lo que se refiere:
a).- al
“dialogo molecular” de los gametos paterno y materno,
b).- al
“dialogo molecular” entre madre e hijo al paso de éste por las trompas en su
camino al útero y, por último
c).- al
establecimiento de una vida en común, una autentica simbiosis, al anidar en el
seno materno.
Comenzaremos
por señalar las técnicas empleadas para conseguir el inicio de una nueva
vida.
Técnicas
de fecundación asistida
Entre
las técnicas de reproducción asistida cabe mencionar la inseminación artificial,
la transferencia de gametos al oviducto, y una variedad de procedimientos in
vitro que conducen a la unión del óvulo con el espermatozoide, o con células
indiferenciadas de la línea germinal masculina. Entre estas últimas se cuentan
la fecundación in vitro, la inyección intracitoplásmica de
espermatozoides, o de progenitores de ellos. Aunque todas las mencionadas sean
técnicas de concepción in vitro, sólo la “fecundación in vitro”
(FIV) ha retenido este término y en cambio se utilizan términos diferentes para
las otras técnicas.
La
inseminación artificial consiste en el depósito de los espermatozoides en la
cavidad uterina o en el cérvix uterino, sin o con tratamiento hormonal de la
mujer para incrementar la producción de óvulos(2). La transferencia de gametos
al oviducto (GIFT) se basa en la colocación simultánea de óvulos y
espermatozoides en la trompa de Fallopio. Esta técnica es una forma de
inseminación que acerca físicamente los gametos. Puede, por tanto, suponer una
ayuda a la fecundación que no sustituye el engendrar natural, en cuanto que
solamente aproxima los gametos permitiendoles interaccionar entre sí y activarse
mutuamente. Sin embargo, en la actualidad su uso es muy limitado, a no ser que
lo solicite expresamente la pareja, ya que es un procedimiento más caro y
técnicamente más complicado que la de fecundación in vitro. Y sobre todo
porque exige que los gametos tengan capacidad fecundante de
suyo.
La
fecundación in vitro de óvulos es una técnica de rutina en muchas
clínicas de reproducción asistida(3); miles de niños han nacido con este
procedimiento técnico que sustituye al engendrar de los padres. La técnica se
basa en los trabajos de Robert Edwards que permitieron la fecundación in
vitro de óvulos madurados también in vitro(4) y que llevó, pocos años
más tarde, a conseguir el nacimiento de los primeros niños concebidos de esta
forma(5). La técnica consiste esencialmente en la obtención de óvulos mediante
la aspiración del contenido de los folículos ováricos, después de realizar una
estimulación hormonal de la mujer. Lo óvulos se incuban in vitro en
condiciones controladas, junto con espermatozoides. Los espermatozoides se
preparan imitando las condiciones de la “capacitación” que experimentan en su
paso por el tracto genital femenino. De esta forma pueden ser capaces de inducir
la activación fisiológica del óvulo necesaria para la fecundación.
En 1992
nacían los primeros niños concebidos mediante el uso de la técnica de inyección
intracitoplásmica de espermatozoides (ICSI) (6), que consiste en microinyectar
un espermatozoide directamente en el citoplasma del óvulo, sin que se requiera
la preparación fisiológica in vitro del espermatozoide. Ha resultado útil
cuando el semen contiene pocos espermatozoides, o son inmóviles, incapaces de
fecundar utilizando la técnica convencional.
Más
tarde, en 1995, se ha conseguido el nacimiento de niños concebidos mediante
microinyección de espermátidas redondas o elongadas(7). También se usa la
inyección en óvulos de espermatocitos secundarios(8). Después de la inyección,
tanto el núcleo del espermatocito secundario como el núcleo del óvulo, completan
su segunda división meiótica, se elimina un cuerpo polar y se forman pronúcleos
masculino y femenino. Estas técnicas se emplean en clínica cuando no se
encuentran espermatozoides maduros en el semen y solo pueden localizarse células
inmaduras.
Por
ultimo, Kimura y col. (9) han demostrado que en ratones es posible generar crías
viables y fértiles mediante microinyección de núcleos de espermatocitos
primarios; sin embargo, sólo el 3,8% de los óvulos microinyectados llegan a
término debido probablemente a anormalidades en la meiosis. Por este motivo se
considera que aún no es aconsejable utilizar esta técnica en
humanos.
Clonación
reproductiva
Otras
técnicas de reproducción asistida están relacionadas con la fecundación y el
desarrollo temprano. Una de las aplicaciones potenciales de la clonación es su
uso en algunos casos extremos de infertilidad por carencia de gametos. La
transferencia de núcleo puede verse como un método no convencional de
fecundación e iniciación del desarrollo. Aunque, después del nacimiento de la
oveja Dolly(10), se ha logrado ya la clonación de individuos de una variedad de
especies(11), la clonación sigue siendo, de todos modos, una técnica aún no
eficiente si consideramos que, en general, sólo un 0,2 - 5% de los oocitos a los
que se ha realizado una transferencia de núcleo continúan su desarrollo. Se han
planteado varias dudas acerca de la salud, envejecimiento prematuro o la
fertilidad, de los individuos clonados, y existen datos que indican que hay una
mortalidad perinatal mayor en los mamíferos clonados(12).
Mortalidad
embrionaria
Aunque
los datos no permiten unas estadísticas muy precisas, es evidente que el
porcentaje de embriones que detienen su desarrollo entre las etapas de cigoto y
blastocisto es más elevada cuando la generación e inicio del desarrollo tiene
lugar in vitro(13) que in vivo. Esto demuestra que la “situación
biológica primordial” es esencial ya para el desarrollo temprano del embrión.
Un
estudio publicado en 1954 mostró que hasta un 30% de los embriones tienen
interrumpido su desarrollo antes del estadio de blastocisto(14). La causa mayor
de pérdidas durante la gestación humana son las anormalidades cromosómicas. La
proporción de gestaciones de embriones con anormalidad cromosómica decrece a lo
largo del tiempo de gestación, desde un 5% a las 7 semanas, (15) hasta un 0,6%
en recién nacidos. (16)
El
análisis cromosómico de embriones humanos generados y cultivados in vitro ha
puesto de manifiesto que hasta un 40% de ellos contienen anomalías cromosómicas.
(17) Aproximadamente el 50% de los embriones preimplantatorios de 2 ó 4 células
que se cultivan in vitro no llegan al estadio de blastocisto. (18) Además, sólo
aproximadamente el 20% de los embriones de 4 células transferidos se implantan
en útero. (19) Al menos tres causas podrían explicar esta detención del
desarrollo: anormalidades cromosómicas, defectos intrínsecos del oocito y del
embrión preimplantatorio.
Además
hasta un 75% de los embriones humanos cultivados in vitro presentan
fragmentación del citoplásma de sus células. La viabilidad de estos embriones
tempranos está comprometida cuando esos fragmentos contienen proteinas que son
esenciales para continuar con el desarrollo. (20) Sin embargo, en ocasiones, la
existencia de fragmentos no es letal y constituyen estructuras transitorias que
desaparecen por reabsorción o lisis. (21) Se han identificado también anomalías
tales como fragmentación nuclear, (22) y la existencia de células binucleadas o
anucleadas, posiblemente originadas como un fallo de la división celular. (23)
Recientemente
se ha publicado que además de un mayor grado de malformaciones(24), se produce
un aumento de secuelas neurológicas, como retraso mental y graves defectos de
visión(25), en niños nacidos por aplicación de las técnicas de FIV respecto a
los engendrados naturalemente. En resumen, la intervención técnica genera de
suyo una tasa muy elevada de embriones no viables, con taras genéticas y
alteraciones del desarrollo; esta tasa supera la mortalidad debida a perdidas de
embriones defectuosos engendrados en los primeros días de
vida.
Analizaremos
ahora las interacciones de los gametos entre sí, y con el medio propio donde se
fecundan naturalmente, y posteriormente las interacciones del embrión temprano y
la madre a lo largo del trayecto del embrión desde las trompas al útero. Son
interacciones muy precisas que alteran el desarrollo inicial del embrión cuando
no se dan.
La
fecundación: el diálogo molecular de los gametos paterno y materno.
A lo
largo del proceso laborioso y armónico de fecundación, el material genético de
ambos progenitores se prepara, se modifica estructural y químicamente, y se
funden fragmentos de diferentes tipos de membranas del espermio y el óvulo para
dar la membrana peculiar del cigoto. El cigoto, “embrión unicelular” es más que
la fusión del gameto aportado por el padre y el aportado por la madre. Los
diversos componentes del interior celular se ordenan de forma adecuada para la
primera división, con la que arranca a vivir, convirtiéndose en embrión
bicelular.
Para que
la fecundación tenga éxito, los gametos masculino y femenino deben activarse
mutuamente. Y para ser capaces de establecer este dialogo molecular, por el que
se activan mutuamente, ambas células deben estar en una condiciones adecuadas de
maduración. Los estudios de biología del desarrollo manifiestan la enorme
complejidad de estos procesos, destacando su carácter continuo: cada estadio
comienza y es dependiente de dónde acaba el anterior. Así pues, la fecundación,
que comprende la unión de gametos haploides masculino y femenino y la generación
de un cigoto diploide, es, a su vez, la culminación de una serie de pasos
regulados delicadamente que tiene como objeto poner a ambos gametos en
contacto(26). Para ello es esencial una característica fundamental de los
gametos: éstos deben encontrarse en un estado de represión de su actividad; y
además, estar bloqueados de tal manera que la inhibición de cada uno sea
eliminada por la otra célula(27). En segundo lugar los gametos han de ser
capaces de encontrarse y activarse mutuamente. El éxito de la fecundación -es
decir, un desarrollo embrionario adecuado de un cigoto real- depende de que esta
activación se produzca siguiendo las etapas apropiadas de modo
ordenado.
Biología
de la maduración de los gametos
Los
espermatozoides son células muy diferenciadas, pequeñas y móviles, con la
función de nadar, encontrar al óvulo y fecundarlo. Están compartimentados con
dos estructuras principales: cabeza y flagelo. La cabeza posee el núcleo
haploide de cromatina condensada, resultado final de la división meiótica, y un
gránulo secretor, el acrosoma, que se encuentra en la región apical entre el
núcleo y la membrana plasmática; las enzimas que se localizan en el acrosoma
ayudan al espermatozoide a penetrar las cubiertas extracelulares del óvulo. El
flagelo contiene las mitocondrias, que producen la energía necesaria para la
motilidad, y el axonema(28).
Los
óvulos son células inmóviles y de mayor tamaño que almacenan elementos
nutritivos y moléculas que van a ser usadas durante las primeras etapas del
desarrollo embrionario. Al contrario de lo que sucede con el espermatozoide, el
óvulo, cuando es liberado del ovario, no ha completado la meiosis sino que se
encuentra en la metafase de la segunda división. La cubierta del óvulo es una
matriz extracelular, zona pelúcida, que es un complejo de glicoproteinas
secretadas por el oocito. Por fuera de la zona pelúcida se localizan células
derivadas de la granulosa del folículo ovárico. El conjunto de estas células se
denomina cumulus oophorus y se encuentra bañado por una matriz secretada
por ellas(29).
Durante
el proceso de espermatogénesis, las espermatogonias (células primitivas de la
línea germinal) darán origen a los espermatozoides, pasando por estados
celulares intermedios. El espermatocito primario experimenta la primera de las
dos divisiones meióticas y origina dos espermatocitos secundarios. Y cada uno de
los espermatocitos secundarios experimenta una segunda división meiótica y
origina dos espermátidas. La espermátida es la célula haploide que resulta de la
segunda división meiótica y experimenta una diferenciación terminal hacia el
espermatozoide, una célula haploide madura y diferenciada.
Las
células de la línea femenina pasan también por distintas etapas en el proceso de
producción de óvulos (oogénesis u ovogénesis): oogonia, oocito primario y oocito
secundario. El término “oocito” define la etapa de la meiosis en que se
encuentran las células de la línea femenina y se suele utilizar el término
“óvulo” para referirse al gameto femenino que se libera durante la ovulación. La
ovulación, por lo tanto, puede describirse como la liberación del gameto
femenino (óvulo), generalmente en estadio de oocito secundario, que se encuentra
preparado para la fecundación.
El
oocito es capaz de ser fecundado inmediatamente después de ser liberado por el
ovario. Sin embargo, el espermatozoide tiene que experimentar una larga serie de
procesos de "maduración" después de ser producido en el testículo(30). Esta
maduración tiene lugar en las vías eferentes del tracto genital masculino;
involucra cambios relacionados con la adquisición de capacidad de movimiento,
alteraciones tanto en la membrana plasmática como en la estructura de orgánulos
celulares, y la estabilización de la cromatina y de los componentes del
flagelo(31). Una vez eyaculados los espermatozoides son aún incapaces de
fecundar un óvulo; deben residir cierto tiempo en el tracto genital femenino,
para que se produzcan los cambios que reciben colectivamente el nombre de
"capacitación", pues dan al espermatozoide la capacidad de
fecundar(32).
Posteriormente
tienen que nadar activamente para atravesar la unión entre útero y oviducto(33)
y aquellos que atraviesan esta última barrera se vuelven temporalmente inactivos
una vez que llegan a la porción inferior del istmo del oviducto(34). Durante
este período de residencia en el istmo inferior, los espermatozoides se adhieren
a la mucosa de la pared del oviducto a través de la región acrosómica y aquellos
que no se adhieren mueren o pierden su capacidad fecundante(35). Alrededor del
momento de la ovulación, ya sea en respuesta a señales derivadas del óvulo, o a
hormonas esteroides transportadas por el sistema de contracorriente
ovario-uterino, los espermatozoides experimentan el proceso final de maduración:
la “capacitación”; se desprenden de la pared del oviducto y comienzan a nadar
activamente hacia el óvulo. Sólo una pequeña fracción de los espermatozoides que
continúan con su migración(36), cambian el patrón de motilidad, volviéndose
mucho más activos(37). Los primeros espermatozoides que llegan a las cercanías
del óvulo son aquellos que tienen más probabilidades de fecundarlo. El tracto
femenino representa, por lo tanto, un fuerte filtro y barrera para los
espermatozoides. De los 200 millones, la mayoría mueren o son fagocitados antes
de llegar a la vecindad del óvulo; unos miles de espermatozoides llegan al istmo
del oviducto; y sólo de 2 a 20 llegan al sitio de la fecundación(38). Esta
drástica reducción implica una selección muy intensa del gameto masculino en el
tracto femenino y que conlleva la capacitación.
La
capacitación prepara la capacidad fecundante del espermio en tres factores
fundamentales: a) desarrolla cambios en el patrón de motilidad de los
espermatozoides; b) le permite penetrar la cubierta celular del óvulo, y c) le
confiere la capacidad de responder a ligandos del óvulo con una activación (la
llamada “reacción acrosómica”). El sentido biológico de esta etapa es claro: los
componentes moleculares del tracto genital femenino ofrecen una fuerte barrera
natural al avance de los gametos masculinos de tal modo que se seleccionan los
de mayor capacidad de fecundar de manera correcta, esto es, de engendrar un
embrión con posibilidad de un desarrollo adecuado.
Una
primera conclusión es que la viabilidad, salud y buena conformación natural del
embrión generado disminuye drásticamente cuando los gametos paternos deficientes
(con bajo potencial fecundante por algún tipo de anomalía, o por ser inmaduros)
se utiliza en las técnicas de reproducción asistida forzando la fecundación del
óvulo. La gama de acciones que van desde:
a).-
ayudar al encuentro de los gametos y que por si mismos se fecunden mutuamente
b).-
sustituir el proceso de fecundación por una forzada incorporación al óvulo de
espermatozoides sin capacidad fecundante, inmaduros
c).-
inyectar directamente el material genético paterno en el óvulo sigue la línea:
inseminación, GIFT, FIV, ICSI, inyección de gametos inmaduros, transferencia de
material genético.
Es
decir, el cigoto podría ser bien constituido desde el punto de vista biológico
en un proceso de fecundación que se limitara a “acercar” los gametos masculinos,
concentrados y capacitados previamente, a un óvulo maduro en un medio de cultivo
que imita las condiciones fisiológicas de las trompas uterinas. De esta forma
sólo los gametos dotados genéticamente de manera correcta, podrían producir una
correcta fecundación. La práctica clínica es, habitualmente, mucho más agresiva
para suplir la ineficiencia natural.
A su
vez, un incremento marcado en los niveles de la hormona femenina LH desencadena
la ovulación hacia la mitad del ciclo menstrual. La ovulación resulta en la
expulsión de fluido contenido en el interior del folículo y del oocito rodeado
de la zona pelúcida y células foliculares hacia la cavidad peritoneal. El primer
paso en el transporte del óvulo es la “captura” del mismo por las fimbrias del
oviducto. Mientras el óvulo se encuentra en el oviducto, se halla bañado por el
fluido tubárico. La fecundación eficaz es un proceso que exige unas condiciones
sumamente precisas; una de las principales se refiere al estado de maduración
del óvulo: la que conlleva un ciclo natural. Es conocido que, para aumentar la
eficacia de las técnicas de fecundación asistida, se suele inducir una
multiovulación. Un estudio reciente34 demuestra que los embriones humanos
originados por fecundación de óvulos que proceden de una multiovulación tienen
más dificultad para anidar y, los que lo consiguen se desarrollan con más
malformaciones que los originados por fecundación del óvulo madurado de forma
natural en un ciclo menstrual; más aún, la madre por efectos del fármaco que se
usa en estos casos, aporta un microentorno que es muy agresivo para el embrión
que trata de anidar.
Puesto
que en general en las clínicas de reproducción asistida se practica la
multiovulación, además de la fusión forzada de los gametos (especialmente por
inyección directa del espermio dentro del óvulo), se comprende que la viabilidad
del embrión producido sea siempre mucho menor que la del engendrado, en tanto
que el óvulo fecundado no es maduro(39).
Fecundación:
Interacción y reconocimiento espermatozoide-óvulo
Una vez
que el gameto masculino es atraído hacia las trompas uterinas y capacitado (es
decir “limpiado” de los componentes que ocultan los receptores de reconocimiento
del óvulo) se produce el reconocimiento específico en el tracto genital
femenino, entre el espermio, maduro y capacitado, y el óvulo maduro, a través de
proteínas presentes en la zona pelúcida, o cumulus oophorus (la cubierta
que rodea al óvulo), y las presentes en la membrana externa de la cabeza del
espermio. Los espermatozoides son entonces capaces de penetrar el cumulus
oophorus. En condiciones naturales la relación entre espermatozoide y óvulo
es habitualmente en la proporción 1:1 (o de unos pocos espermatozoides por
óvulo). Sólo en condiciones de fecundación in vitro existe un proporción
de muchos espermatozoides por cada óvulo.
La
“reacción acrosómica”
La
reacción acrosómica del espermatozoide es un proceso de secreción de las enzimas
contenidas en el acrosoma que se localiza por encima del núcleo del
espermatozoide. La exocitosis del acrosoma es un proceso crucial, ya que es
esencial para que el espermatozoide pueda penetrar las cubiertas del oocito y
sea capaz de fusionarse con la membrana plasmática del oocito. La exocitosis del
acrosoma involucra una serie de cambios moleculares que culmina con la fusión de
la membrana externa del acrosoma y la membrana plasmática que se encuentra por
encima de ésta última, lo cual da lugar a la formación de poros que permiten la
liberación de las enzimas contenidas en el gránulo acrosómico, capaces de ir
abriendo un canal en la trama de la zona pelúcida del óvulo, y de esta forma
avanzar por ella.
Una de
las glicoproteína de la zona pelúcida (conocida como ZP3) es la que cumpliría
este papel de iniciar la exocitosis, comportándose como ligando del receptor del
espermio. Por otra parte se ha demostrado que la progesterona, que se encuentra
presente en la matriz del cumulus oophorus, estimula la exocitosis(40).
Penetración
del espermatozoide y fusión espermatozoide-óvulo
Una vez
que atraviesa la zona pelúcida, el espermatozoide recorre rápidamente el espacio
perivitelino. La cabeza del espermatozoide se une a la membrana plasmática del
oocito. A continuación la región posterior de la cabeza espermática y el flagelo
se incorporan mediante fusión de membranas, mientras que la porción anterior de
la cabeza se engloba en un proceso de tipo fagocítico(41).
Activación
del oocito y exocitosis de gránulos corticales
Una vez
que se produce la fusión con el espermatozoide, el óvulo inicia una serie de
procesos morfológicos y bioquímicos que conducen a la primera división celular y
diferenciación. Este acontecimiento se conoce como activación del oocito y
consta de dos eventos: la exocitosis de los gránulos corticales y la
continuación de la meiosis.
A nivel
molecular, la activación de los oocitos involucra la activación de una serie de
mecanismos de señalización intracelular; destaca, entre ellos, una serie de
cambios tempranos relacionados con procesos de hiperpolarización y de
incrementos en los niveles intracelulares de Ca2+ que son fundamentales para la
exocitosis de los gránulos corticales y para el reinicio del ciclo celular. Se
ha sugerido la existencia de un factor, o grupo de factores, insolubles
presentes en la región perinuclear del espermatozoide(42), capaces de producir
el aumento local de calcio. El incremento de Ca2+ intracelular se produce cerca
del sitio donde se ha producido la fusión del espermatozoide y se extiende como
una onda a través del citoplasma en unos pocos segundos. Se producen a
continuación picos transitorios en los niveles de Ca2+ a intervalos regulares
que duran hasta el momento en que se visualizan los pronúcleos(43).
El sitio
por el que penetra el espermatozoide parece ser importante para la polaridad que
se observa durante el desarrollo embrionario temprano(44) y por tanto estas
oscilaciones de Ca2+ pueden ser fundamentales para etapas del desarrollo
posteriores. Las oscilaciones de Ca2+ durante el proceso de activación del
oocito influyen sobre los procesos que tienen lugar varios días más tarde en el
desarrollo(45).
En
condiciones fisiológicas, solo un espermatozoide se fusiona con la membrana y
penetra dentro del oocito. La entrada del espermatozoide desencadena la
exocitosis de los gránulos corticales y la mayor parte de los gránulos se ha
eliminado en los siguientes 5 minutos. La principal función de la exocitosis del
contenido de los gránulos corticales es la de modificar las cubiertas del oocito
y evitar la fecundación polispérmica, es decir, la entrada de más de un
espermatozoide). En la especie humana, el bloqueo a la polispermia se debe
principalmente a una reacción química en la zona interna de la zona
pelúcida(46).
En
conclusión, una de las causas posibles del fenómeno de polispermia, que origina,
durante la fecundación in vitro, un cigoto inviable es la exocitosis
retrasada de los gránulos corticales y por tanto una reacción más lenta en la
zona. Causas posibles de la polispermia pueden ser también una inmadurez del
óvulo en el momento de la penetración del espermatozoide, un envejecimiento
excesivo del óvulo y defectos en la zona pelúcida.
Destino
de las estructuras espermáticas
Las
mitocondrias del espermatozoide se incorporan al oocito y son capaces de
transcribir el material genético, pero degeneran rápidamente. Cada
espermatozoide posee de 50 a 75 mitocondrias, con una copia de ADN mitocondrial
(ADNmt) cada una, mientras que el oocito humano contiene aproximadamente 100.000
copias de ADNmt. En embriones humanos se ha identificado la presencia de
mitocondrias de la pieza intermedia del espermatozoide al menos hasta el estadio
de mórula(47). El ADNmt paterno se pierde a través de un proceso de destrucción
que tiene lugar durante las primeras etapas de
desarrollo(48).
Este
proceso de eliminación es importante en el contexto de técnicas de
microinyección de espermatozoides (ICSI), ya que se alteran los procesos de
incorporación y destrucción de mitocondrias en el óvulo y primeros estadios de
desarrollo.
Descondensación
del espermatozoide y formación de pronúcleos
El
oocito, que se encontraba detenido en metafase de la segunda división meiótica
(metafase II) antes de la fecundación, completa la meiosis después de la fusión
con el espermatozoide y elimina el segundo corpúsculo polar. El complemento
haploide del oocito se transforma a continuación en el pronúcleo femenino. La
cromatina del pronúcleo materno comienza a programarse de acuerdo con la
estructura y química propia de un mensaje genético que va a empezar una nueva
emisión del mensaje; esto es, va perdiendo ya la “impronta” propia de gameto
materno, durante el mismo proceso de fecundación(49).
Mientras
tanto, el núcleo del espermatozoide se descondensa y se transforma en el
pronúcleo masculino, quedando el DNA en situación de poder expresar la
información genética. El núcleo del espermatozoide está muy condensado cuando
penetra en el oocito, y su transformación a pronúcleo masculino representa un
proceso previo de preparación para el desarrollo del embrión. Este proceso de
maduración del pronúcleo masculino esta controlado por el oocito, a través de
diversos factores. En primer lugar produce la descondensación de la cromatina de
la cabeza del espermatozoide y de su envoltura nuclear, con reducción de los
puentes disulfuro de las protaminas. Después se rehace la envoltura nuclear y se
reorganiza la cromatina, con incorporación de histonas. Posteriormente el
pronúcleo entra en la fase S del ciclo, en la que se produce la replicación del
ADN. Posteriormente, los cromosomas se integran en el huso con los cromosomas
del oocito en la que es ya la primera división del desarrollo para dar el
embrión bicelular(50).
Varias
horas después de la fusión espermatozoide-oocito comienza la síntesis de ADN en
ambos pronúcleos. El pronúcleo paterno atrae al materno y se mezclan y organizan
en una unidad desplazándose hacia el centro del cigoto. Mientras los pronúcleos
se aproximan, sus membranas nucleares se desintegran y sus cromosomas se mezclan
antes de la primera división mitótica. Los dos pronúcleos, son ya el núcleo que
porta el patrimonio genético del hijo. La mezcla de los cromosomas y su
preparación para dar lugar a la primera división celular puede ser considerada
como el final de la fecundación y el comienzo del desarrollo embrionario.
El
encuentro, preparación y fusión de los pronúcleos paterno y materno, es un lento
proceso perfectamente acompasado en el tiempo y en el espacio. El DNA de cada
pronúcleo está estructurado, y con la impronta parental, materna o paterna
específica y propia de células germinales. La elevación local del calcio
constituye la base molecular del control de las siguientes etapas: el calcio
hará que se formen filamentos contráctiles en dicha zona que tiran hacia dentro
del núcleo del gameto paterno. A la vez el calcio pone en marcha la síntesis de
proteínas, que hasta ese momento estaba detenida en el óvulo maduro, y ese mismo
ion calcio organiza los pronúcleos paterno y materno.
La
dificultad de que la fecundación “forzada” dé lugar a un cigoto perfectamente
polarizado, es una llamada de atención a la práctica clínica de FIV: se producen
embriones que no tienen las condiciones ambientales requeridas para constituirse
y desarrollarse con normalidad. Por el contrario un embrión engendrado, en su
entorno natural tiene más probabilidad de sobrevivir y desarrollarse. De hecho
se conoce desde hace tiempo que los abortos tempranos espontáneos son
mayoritariamente de embriones con malformaciones, y muy raramente son embriones
bien formados.
En
resumen, las anomalías que influyen sobre el desarrollo se producen ya en el
momento de la fecundación, y en alguna ocasiones los cigotos resultantes no
progresan mucho más allá del estadio de una célula. La aparición de los
pronúcleos masculino y femenino significa que se han producido las primeras
etapas de la fecundación. La entrada en singamia y el desarrollo posterior
pueden estar afectadas por problemas relacionados con:
a).- la
incorporación del espermatozoide(51);
b).- el
desarrollo y alineación de los pronúcleos y la iniciación de la singamia(52);
c).- una
desigualdad del tamaño de los pronúcleos que puede estar asociada con una
inmadurez del citoplasma del oocito(53).
d).- la
migración de los pronúcleos masculino y femenino hacia el centro del óvulo
fecundado y su unión, que están relacionadas con cambios en los sistemas
citoesqueléticos. Los microtúbulos del óvulo son esenciales para la división
celular y la formación y migración del pronúcleo. Por otra parte, el
espermatozoide fecundante porta su centrosoma al interior del óvulo(54) y se
constituye en el centrosoma del cigoto cuando incorpora proteínas del óvulo.
e).- Los
cigotos en estadio de pronúcleo tienen actividad de traducción y sintetizan
nuevas proteínas, tal vez utilizando RNAm almacenado en el gameto materno. Una
serie de proteínas se sintetiza durante el estadio pronuclear(55), algunas de
las cuales en forma transitoria durante unas pocas horas después de la fusión
espermatozoide-oocito. Algunas otras pueden aparecer pocas horas después de la
fecundación. La función de estas proteínas no está clara aún pero puede estar
relacionada con el inicio de la mitosis del cigoto. La transición del control
materno de la transcripción al control cigótico se produce en humanos en el paso
de 4 a 8 células. (56)
En la
fecundación el material genético aportado por los gametos paterno y materno se
encuentra en el estado adecuado: tanto el espermio como el óvulo han sufrido la
correspondiente gametogénesis, y tanto las membranas, como los pronúcleos son
capaces de dar las diferentes etapas que conducen a la constitución del
cigoto.
Por
tanto, el cigoto, que se forma en la fecundación “espontánea” de un óvulo maduro
por un espermio, está perfectamente organizado y así la primera división para
dar el embrión de dos células se produce según un plano fijo. La entrada forzada
del espermio, o la inmadurez del óvulo, puede dar lugar a que el cigoto
resultante no esté correctamente organizado para dar la primera división a
embrión de dos células.
Impronta
paterna y materna en la construcción del embrión.
Los
gametos, las células que aportan padre y madre para la generación del cigoto,
son portadoras cada una de ellas, de una mitad de la dotación genética. Con la
fecundación se completa, mediante la aportación de ambos progenitores, el
patrimonio hereditario propio de un individuo de esa especie. Los 22 autosomas
humanos procedentes del padre, y los 22 procedentes de la madre no intervienen
en la determinación sexual.
Sin
embargo, dentro de cada nuevo par que se constituye en el cigoto, el cromosoma
que viene del padre mantiene sus diferencias en relación con el que procede de
la madre, y esas diferencias determinan también que cada uno contribuya, con sus
peculiaridades, al desarrollo del embrión. La naturaleza de esa impronta se ha
ido conociendo con cierto detalle en estos últimos años. Sobre el mensaje
genético escrito en clave de cuatro letras -las bases púricas adenina ( A) y
guanina (G) y las pirimidínicas citosina (C) y timina (T)- cada cromosoma tiene
la posibilidad de modificar algunas de las citosinas mediante un pequeño cambio
químico, la introducción de un grupo metilo en su molécula. El patrón de
metilación, el número y la posición que ocupan esas citosinas metiladas, es
característico de cada cromosoma y diferente para cada uno de ellos, según
proceda del padre o de la madre. Se introducen así cambios en el flujo de
instrucciones al cerrar, generalmente, marcos de lectura del mensaje, impidiendo
la expresión de genes situados en el cromosoma después de esas zonas marcadas.
El patrón de metilación de los distintos cromosomas contribuye a que cada célula
del organismo adquiera la identidad biológica como célula de hígado, de riñón, o
de pulmón. La distribución estratégica de estas citosinas etiquetadas
condicionará que se expliciten o no instrucciones específicas para la síntesis
de los componentes propios de cada tipo celular.
El
fenómeno de la impronta parental tiene un claro significado biológico. Define la
identidad biológica del cigoto originado por la fusión de los dos gametos, como
embrión, diferente de cualquier célula híbrida originada por fusión de los
núcleos de otras dos células cualesquiera; y netamente diferente también de la
célula producida por fusión entre sí de dos óvulos, o de dos espermatozoides.
Existe en los mamíferos una barrera biológica natural infranqueable, que echa
por tierra la posibilidad de que nazca un hijo de un padre sin una madre, o de
una madre sin un padre. La impronta masculina y la impronta femenina de la
dotación genética que consigo llevan los 22 autosomas de los gametos, óvulo y
espermatozoide, reafirman la vinculación heterosexual en el origen de todo
hombre o mujer. Cuando el embrión se genera por transferencia de un núcleo de
una célula somática a un óvulo requiere una serie de manipulaciones para
“reprogramarlo” y que llegue a ser un cigoto(57).
El
proceso de fecundación tiene pues implicaciones importantes en el desarrollo. La
formación de un embrión unicelular por transferencia de núcleos exige
“reprogramación” (desdiferenciación o rejuvenecimiento) del código genético de
la célula que aporta el núcleo para adquirir la “impronta” parental propia de
cigoto, lo cual no es un proceso sencillo. La frecuencia de muertes en fase
embrionaria y las anomalías que presentan los embriones obtenidos mediante
transferencia de un núcleo, se debe a que el DNA, por su situación, sufre un
proceso anormal de metilación y desmetilación en las primeras
etapas(58).
Diálogo
molecular madre-hijo en la primera semana de vida
La ayuda
materna a la tarea de crecer del embrión
La
construcción del organismo se inicia con una etapa de crecimiento
(multiplicación del número de células por división de cada una en dos), que
tiene perfectamente acompasada su velocidad con la velocidad de aparición de
componentes específicos de las membranas celulares del embrión de dos, tre,
cuatro, ocho células, etc. El reconocimiento y la interacción específica de
estos componentes mantienen las células resultantes de la multiplicación unidas
en un conjunto no sólo físico sino también funcional; es decir, ese conjunto
constituye una unidad orgánica, y no un simple conglomerado celular.
El
dinamismo propio de la emisión del mensaje configura la materia en este estadio
sincronizando de crecimiento y organización multicelular. La activación inicial
(fundamentalmente producida por la elevación de calcio en el citoplasma del
cigoto) “libera” o desbloquea la información contenida en él. A su vez, la
interacción célula-célula activa las señales intracelulares modificando el
estado del genoma: informan a cada de las células de su identidad como
parte de un todo, bicelular, tetracelular, y así
sucesivamente.
Hasta el
estadio de 8 células los blastómeros conforman un grupo de células asociadas.
Sin embargo, a partir de la tercera división, los blastómeros realizan al máximo
sus contactos entre ellos formando una grupo compacto de células mantenido por
uniones estrechas. Este proceso, conocido como compactación, separa una
serie de células que se situan en el interior y que se comunican entre sí, de
otras células que se disponen exteriormente.
Aproximadamente
3 días después de la fecundación, las células del embrión compactado se dividen
otra vez para formar una mórula de 16 células. Las células internas de la mórula
constituyen la masa celular interna (MCI), y las células que rodean a
éstas constituyen la masa celular externa. Las células de la MCI dan
origen a tejidos del embrión propiamente dicho, y las células externas forman el
trofoblasto, que más tarde contribuye a la
placenta.
Es
significativo que la segunda división, la de cada uno de estos blastómeros no se
realiza de manera exactamente simultánea en el tiempo. Hay un estadio de tres
células y las procedentes del primer blastómero se colocan hacia el interior de
la mórula y serán las células de la masa interna del blastocisto(59).
A la vez
que se van produciendo estas divisiones, comienzan a aparecer ordenadamente
glicoesfingolipidos y glicoproteinas de membrana que mantiene el orden celular y
señalan a la célula la posición que ocupa en el embrión bi, tetra, u octocelular
y estableciendo los ejes del embrión. Con las primeras divisiones se forma la
mórula. Se constituye como un mosaico de células que pueden distinguirse por
diversos marcadores que señalan el destino que seguirán después; así, no es
cuestión de azar entrar a formar parte de la zona interna o externa del embrión
de 8 o de l4 células, o más tarde de la masa celular interna, o del trofoblasto
del blastocisto. Además de los “pegamentos” específicos de las diferentes etapas
en las membranas celulares, la asimetría ya presente en la primera división, y
la diferente velocidad de la segunda división (que dará el embrión tricelular) y
de la tercera división (que dará el embrión tetracelular) hace que cada célula
tenga una historia diferente (espacial y temporal) y una polarización diversa.
Estos
puntos son clave para un crecimiento orgánico y hacen que el embrión temprano no
sea un tejido homogéneo e indiferenciado. Las células resultantes de esas
primeras divisiones del cigoto no son un simple amasijo de células vivas,
semejantes entre sí y semejantes al cigoto, y dotadas cada una de la misma
individualidad que éste. A diferencia de lo que sería un grupo de células vivas
encerradas bajo una cubierta esférica, sin más relación entre sí que la mera
cercanía física, las células del embrión temprano constituyen una única realidad
biológica y forman ya un elementalísimo organismo(60).
A esa
unidad se añade el hecho de que las células están comunicadas entre sí. Las
uniones que “pegan” las células hacen que cada una de éstas sintetice y mantenga
en su interior señales moleculares que les dan noticia a cada una de la
presencia de las otras y les indican además cómo seguir adelante. Los
“pegamentos”, algunos de ellos ausentes por completo en las células germinales
de sus progenitores, aparecen en un momento preciso, y desaparecen después,
también en un momento preciso. Puede decirse que el embrión en este periodo tan
temprano de la vida -de unos seis días- sólo tiene que ocuparse de seguir estas
instrucciones. La madre acumuló en el óvulo alimentos y energía que permitirán
al embrión vivir, mientras recorre el largo camino del oviducto que va del
extremo superior de la trompa, donde habitualmente comienza su vida, hasta el
útero, donde se implantará para seguir recibiendo ayuda hasta estar en
condiciones de nacer.
Durante
las primeras etapas de desarrollo el embrión tiene un tamaño de 0,1 – 0,15 mm.
En este periodo inicial vivir es fundamentalmente crecer: no en el sentido de
aumentar de tamaño, cosa que no podría hacer por estar rodeado de una especie de
caparazón (la zona pelúcida que rodeaba al óvulo del que procede) sino
multiplicando el número de células por divisiones sucesivas que inicia la
primera, el cigoto. En esta proliferación celular cooperan tanto el embrión como
la madre. Tras la primera división, y una vez que las moléculas de adhesión
dejan bien “pegadas” las dos primeras células, éstas reciben instrucciones para
elaborar otra molécula concreta, la de un receptor, que sitúan en la membrana.
Este receptor reconoce, y capta, una molécula de elaboración materna, un factor
de crecimiento que insta a una nueva división. Sintetizan este factor de
crecimiento las células maternas, primero las de las trompas, y después las del
útero, promoviendo en este caso la multiplicación de las células de la masa
interna del embrión ya en fase de blastocisto anidado.
La
fecundación artificial priva al embrión de varios días de las ventajas del
entorno materno, disminuyendo por ello su capacidad de
sobrevivencia.
Otra
tarea del embrión temprano: establecer con una primera diferenciación celular el
tejido extraembrionario
El
genoma del embrión se activa ya en el cigoto, comienza la expresión de sus
genes, sincronizando el crecimiento del todo orgánico con la emisión diferencial
del mensaje. Esto es, las células polares situadas en el exterior de la mórula
se configuran como tejido extraembrionario: la cubierta que le permitirá el
intercambio de materia, energía y señales moleculares para el crecimiento
armónico con el exterior y además como primera barrera de defensa en la vida en
simbiosis que iniciara con la anidación.
Así con
la llegada a “blastocisto” aparecen ya dos tejidos diferenciados: el trofoblasto
epidérmico que funcionará como “envoltura embrionaria” y la masa interna que
dará lugar posteriormente a los tres tejidos embrionarios. El trofoblasto no es
sólo un tejido "extraembrionario" sino que dará lugar a la placenta, necesaria e
imprescindible para la comunicación con la madre en la gestación. Es un
componente del sistema inmunitario innato con un papel esencial en la defensa
frente a infecciones bacterianas durante la vida intrauterina(61).
Pues
bien, para alcanzar esta primera diferenciación celular, el cigoto debe utilizar
muy pronto en el desarrollo, los productos de los genes. A pesar de que en el
embrión humano la transcripción del genoma embrionario parece más marcada a
partir del estadio de 8 células, existen datos que indican que se produce
síntesis de RNA a partir del estadio cigoto(62). En el estadio de 8 células
algunos blastomeros tienen niveles elevados de síntesis de RNA, mientras que
otros blastomeros muestran aún el patrón de los blastómeros de embriones de 4
células.
Preparando
el reconocimiento del padre: segunda semana de vida.
La
anidación en el útero materno
En los
cuatro o cinco primeros días de vida, mientras el embrión, blastocisto, se mueve
a lo largo del oviducto hacia el útero, se expande dentro de la zona pelúcida.
Durante esta etapa, la zona pelúcida evita que el blastocisto se adhiera a la
pared del oviducto. Cuando el embrión llega al útero, debe “eclosionar” de la
zona de modo que pueda adherirse a la pared uterina. La implantación del
blastocisto humano comienza hacia finales de la primera semana y se completa
hacia la mitad de la segunda semana. Aproximadamente 6 días después de la
fecundación, el blastocisto se adhiere al epitelio del endometrio, generalmente
a través del polo embrionario, el polo que contiene la masa celular interna.
Tan
pronto como se adhiere al epitelio del endometrio, el trofoblasto comienza a
proliferar rápidamente y se diferencia gradualmente en dos capas. A
continuación, y también aproximadamente en el día 6, unas extensiones del
trofoblasto se extienden a través del epitelio del endometrio e invaden el
tejido materno. Hacia finales de la primera semana, el blastocisto está
implantado superficialmente en la capa compacta de endometrio y obtiene su
nutrición de los tejidos maternos erosionados: las células del estroma materno
que se encuentran alrededor del sitio de la implantación se cargan de glucógeno
y de lípidos.
El
embrión comienza a producir una hormona (la gonadotrofina coriónica humana, hCG)
que pasa a la circulación materna. Esta hormona mantiene la actividad del ovario
durante la gestación. El embrión de 10 días está totalmente embebido en el
endometrio. El final de la segunda semana (días 13 y 14) se caracteriza por la
aparición de las vellosidades coriónicas primarias, la primera etapa en
el desarrollo de la placenta.
Simbiosis
con la madre: ni parte de ella, ni injerto extraño
La
relación, o dialogo molecular, madre-hijo tiene un carácter de simbiosis.
Efectivamente, diversos datos acerca de la tolerancia fetomaternal demuestran
que el embrión, al implantarse, no se comporta como un injerto, y tampoco es una
parte del cuerpo materno. Se establece en cambio una perfecta tolerancia por
parte de la madre hacia el embrión y por parte del feto hacia la madre.
Puesto
que todos los seres humanos difieren entre sí y llevan “etiquetas” que los
individualizan, los órganos transplantados de una persona a otra son rechazados,
a no ser que se amordace el sistema de reconocimiento de lo propio, el sistema
inmunitario. En el cigoto la mitad de los “marcadores de lo propio” provienen
del padre, y la otra mitad de la madre. El huevo fecundado y la placenta son por
tanto “mitad” extraños al organismo materno.
En
ciertos casos de procreación médicamente asistida, el embrión procede de la
fecundación de un ovocito y de un espermio proveniente de donantes: él es
totalmente extraño a la madre que lo lleva y puede ser rechazado.
Hoy
sabemos que, sin un tratamiento inmunosupresivo apropiado, los transplantes de
órgano entre donantes y receptores incompatibles acaban en un rechazo intenso,
mientras que en gestaciones sucesivas, las placentas son cada vez mejor
toleradas y (cada vez de mayor tamaño); los embarazos sucesivos favorecen una
tolerancia inmunitaria de la madre cada vez mayor hacia los tejidos paternos.
Toda una red de sustancias inhibitorias actúa localmente para mantener la
tolerancia inmunológica de la madre para el niño que gesta(63).
Presentación
de los antígenos del padre
Una
proteína presentadora (llamada HLA-G) situada en la superficie del tejido
exterior del embrión, presenta al sistema inmunitario de la madre lo que en el
embrión es del padre(64). De esta forma el embrión es tolerado por la madre, a
pesar de que tiene antígenos que pertenecen a su padre, gracias a toda una red
de sustancias que inhiben localmente el sistema inmunitario, y que se sintetizan
tras la presentación.
En las
primeras etapas de vida y gracias a los componentes del oviducto maduro, el
embrión comienza a ayudar a la madre a tolerar lo que por pertenecer al padre
lleva como diferente: un diálogo programado y muy elaborado, que “plantea
cuestiones y respuestas moleculares”, se instaura entre la madre y el embrión,
que prologa otros diálogos que se establecen desde el principio entre la madre y
su hijo. La aceptación para gestar el hijo pasa por este dialogo “tolerante”
desde el momento de las primeras fases de la vida. La imposibilidad de tal
diálogo en las diferentes fases de la FIV hacen del hijo un injerto extraño a la
madre, y la respuesta defensiva de ésta causa el rechazo del hijo. De ahí la
escasa eficacia de la implantación de embrión generado in vitro y
transferido a la madre uterina, que no le ha engendrado.
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Fuente:
www.arvo.net