Fecundación in vitro
Natalia
López Moratalla
(En prensa). 2002.
En La humanidad in vitro. Crítica y razón de una ideología.
(Eds. J. Ballesteros).
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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