Paterna Biosciences afirma haber determinado el conjunto de instrucciones necesarias para convertir las células madre productoras de esperma en espermatozoides «normales y maduros».
Una empresa emergente. La empresa Paterna Biosciences, con sede en Utah, afirma haber cultivado con éxito espermatozoides humanos funcionales en un laboratorio y haberlos utilizado para crear embriones de aspecto saludable. Esta técnica podría ayudar a hombres con ciertos tipos de infertilidad a tener hijos biológicos.
Los hallazgos aún no se han publicado en una revista revisada por pares ni se han verificado de forma independiente. WIRED es el primero en informar sobre este avance.
El proceso consiste en aislar células madre productoras de esperma del tejido testicular y estimular su diferenciación en espermatozoides maduros en una placa de cultivo. Los científicos llevan casi un siglo
intentando producir esperma fuera del cuerpo, un método conocido como espermatogénesis in vitro. Un equipo japonés fue el primero en producir esperma viable de ratón en el laboratorio en 2011, pero la producción de esperma humano ha resultado ser una tarea más compleja.
Otra empresa de biotecnología, Kallistem en Francia, afirmó haber logrado la espermatogénesis in vitro en 2015, pero algunos investigadores externos cuestionaron si los espermatozoides estaban completamente desarrollados, y la empresa no demostró que los espermatozoides fueran capaces de fertilizar óvulos.
El proceso de maduración de las células madre formadoras de espermatozoides en el cuerpo dura poco más de dos meses y consta de varias etapas. Tras su producción en los túbulos de los testículos, las células madre se producen mediante meiosis, dividiéndose para crear células con 23 cromosomas. En esta etapa, los espermatozoides también desarrollan la cola y la cabeza necesarias para nadar. Posteriormente, se desplazan a otra parte de los testículos, donde adquieren la capacidad de nadar. Un conducto llamado conducto deferente los transporta y los libera en el eyaculado.
“Existen mecanismos de control muy estrictos en cada una de esas etapas”, afirma Alexander Pastuszak, director ejecutivo y cofundador de Paterna, quien también es urólogo certificado y profesor asociado de cirugía en la Facultad de Medicina de la Universidad de Utah. “Hemos descifrado las instrucciones necesarias para enseñar a estas células madre a convertirse en espermatozoides maduros y normales”.
Paterna inicialmente probó si los túbulos testiculares donde maduran los espermatozoides podían cultivarse en el laboratorio y utilizarse para obtenerlos, pero descubrió que no era el mejor método. Finalmente, la empresa encontró una manera de cultivar las células madre formadoras de espermatozoides en una placa de cultivo e inducir su diferenciación. El equipo utilizó biología computacional para predecir las señales moleculares clave en cada etapa del proceso de formación de espermatozoides. Posteriormente, probaron diversas combinaciones de moléculas para inducir cada una de estas etapas hasta dar con la combinación óptima.
“Esto es importantísimo”, afirma Larry Lipshultz, profesor de urología en el Baylor College of Medicine, quien no participa en el estudio de Paterna. “Antes no se entendía, o nunca se había descubierto, qué factores de crecimiento hay que suministrar a estas células para que se conviertan en espermatozoides maduros. Al parecer, ya han identificado estas sustancias”.
Generar esperma en el laboratorio ha sido durante mucho tiempo un objetivo en el campo de la fertilidad. Aproximadamente la mitad de los casos de infertilidad están relacionados con factores masculinos, como un bajo recuento de espermatozoides, una forma anormal del esperma o espermatozoides con poca movilidad. Entre el 10 y el 15 por ciento de los hombres infértiles presentan una ausencia total de esperma en el eyaculado y tienen pocas o ninguna opción para tener hijos biológicos. Este es el grupo al que Paterna espera ayudar inicialmente. Si bien no producen esperma, estos hombres parecen tener las células madre que dan origen a los espermatozoides, afirma Pastuszak.
Las investigaciones de Paterna y otros sugieren que no son las células madre las que están defectuosas, sino que el microambiente circundante, que incluye las células de soporte, presenta algún tipo de defecto. Al imitar un entorno saludable en el laboratorio, Pastuszak cree que la empresa puede producir espermatozoides sanos.
Según explica, el objetivo es crear miles de espermatozoides a partir de una biopsia de tejido estándar. La empresa ha tenido un alto índice de éxito en la generación de espermatozoides a partir de docenas de muestras de tejido.
Pastuszak afirma que las pruebas iniciales muestran que el esperma creado en laboratorio es prácticamente idéntico al esperma natural. Sin embargo, el procedimiento aún no está listo para usarse para inducir embarazos. Paterna creó embriones como prueba inicial para validar la viabilidad de su esperma de laboratorio. La compañía planea realizar un estudio más amplio y completo con hombres con infertilidad. Paterna extraerá esperma de su eyaculado o tejido testicular y utilizará su método para generarlo. Posteriormente, la compañía usará tanto el esperma extraído como el creado en laboratorio para fertilizar óvulos, comparará las tasas de fertilización entre ambos grupos y analizará los embriones resultantes para detectar anomalías físicas y genéticas.
“Eso nos dirá muchísimo sobre la eficacia y la seguridad del método. Nos indicará si se producen mutaciones durante el proceso in vitro”, afirma Pastuszak. Posteriormente, los ensayos con esperma creado en laboratorio para inducir embarazos podrían comenzar el próximo año.
Ciertos tipos de medicamentos, la inseminación intrauterina y la fertilización in vitro convencional (FIV) pueden ayudar a los hombres con una cantidad o calidad de esperma reducida. Sin embargo, para los hombres que no producen esperma en absoluto, las opciones de tratamiento son más limitadas.
“En lo que respecta a la infertilidad masculina, los casos más difíciles para los médicos son aquellos en los que los hombres no tienen espermatozoides”, afirma Ryan Flannigan, cirujano especializado en la recuperación de espermatozoides en el Centro de Próstata de Vancouver, Canadá, quien no forma parte de Paterna. “Se observa el desgaste emocional y el impacto en estas personas y parejas”.
Para estos hombres, una opción es un procedimiento quirúrgico para buscar espermatozoides en el tejido testicular. Requiere anestesia general y puede durar hasta cuatro horas, dependiendo de la rapidez con que se encuentren. Aun así, en un porcentaje significativo de casos, los cirujanos no logran encontrar espermatozoides.
La tecnología de Paterna está diseñada para reemplazar ese proceso, tomando en su lugar una pequeña biopsia de tejido testicular en el consultorio del médico. Ese tejido se enviaría a Paterna, que realizaría la espermatogénesis in vitro. La compañía planea cobrar entre 5000 y 12 000 dólares por el procedimiento.
Flannigan afirma que la técnica de Paterna también podría utilizarse en niños que reciben quimioterapia para el tratamiento del cáncer antes de la pubertad, ya que las células madre formadoras de espermatozoides están presentes desde el nacimiento. Los jóvenes pacientes con cáncer han tenido la opción de congelar y preservar tejido testicular durante años, pero su trasplante sigue siendo experimental y no se han reportado nacimientos.
Otros esfuerzos para producir esperma en el laboratorio se centran en células madre pluripotentes inducidas, células de la piel o de la sangre que han sido reprogramadas a un estado similar al embrionario. Estas células madre pueden transformarse en cualquier tipo de célula del cuerpo mediante las instrucciones adecuadas. Los científicos han logrado producir espermatozoides y óvulos funcionales a partir de células madre pluripotentes de ratón y han creado descendencia sana. Esta técnica, conocida como gametogénesis in vitro, podría utilizarse para ayudar a las parejas del mismo sexo a tener hijos biológicos, ya que, hipotéticamente, se podría crear un óvulo o un espermatozoide a partir de una muestra de piel.
Justin Dubin, urólogo y director de salud sexual masculina en el Baptist Health Miami Cancer Institute, afirma que el avance de Paterna es alentador, pero el costo será un factor limitante para muchos pacientes en los EE. UU. y otros lugares donde los tratamientos de fertilidad son prohibitivamente caros.
“Estamos desarrollando muchísimas opciones increíbles en el tratamiento de la fertilidad, y sin embargo, muchas de ellas no están cubiertas por el seguro”, afirma.
“Es un gran perjuicio para nuestros pacientes y para la población mundial no proporcionar a las personas los medios para lograr la familia que desean.”