Sélection de spermatozoïdes

Lors de la conception naturellement, les spermatozoïdes se déposent dans la cavité vaginale avec d’autres composants du liquide séminal et c’est lors de leur passage dans l’appareil reproducteur féminin, jusqu’à atteindre les trompes où ils trouveront l’ovocyte, que les spermatozoïdes sont sélectionnés et qualifiés. .

L’environnement de la cavité vaginale est totalement hostile aux spermatozoïdes et va déterminer la destruction d’environ 90 % d’entre eux. Seules quelques-unes pourront continuer leur chemin et atteindre le col.

Dans le col de l’utérus, plus précisément dans le canal cervical, se trouvent une série de glandes qui sécrètent du mucus. Ce mucus est épais et constitue une barrière protectrice contre les micro-organismes, mais aussi contre les spermatozoïdes, pendant pratiquement tout le cycle menstruel. Cependant, pendant la période précédant l’ovulation, le mucus cesse d’être aussi épais et un maillage se crée qui permet aux spermatozoïdes de monter, sélectionnant ceux qui ont une mobilité et une morphologie normales. Les spermatozoïdes qui parviennent à surmonter cette barrière subiront des changements que nous appelons capacitation. Ces changements permettent aux spermatozoïdes d’acquérir une motilité hyperactive et les rendent capables de réaliser une réaction essentielle à la fécondation : la réaction acrosomique. L’acrosome est une structure présente au sommet de la tête du spermatozoïde et contient des enzymes essentielles à la pénétration des spermatozoïdes dans l’ovocyte. Lors de la réaction acrosomique, ces enzymes sont libérées.

Dans les cas où il est nécessaire de recourir à des traitements PMA, la sélection et la qualification des spermatozoïdes devront être réalisées en laboratoire. À cette fin, il existe plusieurs protocoles et procédures de traitement d’un échantillon d’éjaculat qui tentent d’imiter le processus naturel.

Les techniques de sélection des spermatozoïdes les plus courantes sont  le Swim-up  et  la centrifugation avec des gradients de densité discontinus. Ces techniques permettent la sélection de spermatozoïdes ayant une morphologie et une motilité normales, tandis que les milieux utilisés aident les spermatozoïdes à devenir plus capables de féconder un ovocyte.

Ces techniques sont utilisées dans la plupart des cas et avec de bons résultats, mais elles présentent encore certaines limites, par exemple en cas de forte fragmentation de l’ADN des spermatozoïdes. La fragmentation de l’ADN ne se manifestera peut-être pas par une morphologie ou une motilité anormale, mais elle aura des effets négatifs sur la fécondation et le développement embryonnaire. Pour surmonter certaines limites des techniques plus conventionnelles, d’autres méthodes de sélection des spermatozoïdes ont été développées. C’est le cas de  l’IMSI  ( Intracytoplasmic morphologically selected sperm injection ) et du  PICSI  (Physiological intracytoplasmic sperm injection), qui complètent les techniques de centrifugation avec gradients de densité et  swim-up , ou encore  du MACS  ( Magnetic-activated cell sorting ) et  des plaques microfluidiques  (comme le Zymot ou FertileChip) qui peuvent remplacer les techniques de traitement des échantillons d’éjaculat les plus courantes.

Cette technique consiste à placer l’échantillon d’éjaculat dans un tube et à ajouter un milieu de culture spécifique au sommet de l’échantillon. Le tube est placé dans un incubateur avec une atmosphère et une température adaptées et sous une inclinaison de 45º pendant 60 minutes. Durant le temps d’incubation, les spermatozoïdes ayant une bonne motilité pourront atteindre la partie supérieure du milieu de culture. Cette fraction du milieu est séparée du reste et utilisée pour les traitements PMA.

Dans cette procédure, des milieux avec différents gradients de densité sont utilisés et placés dans un tube et recouverts de l’échantillon d’éjaculat. Le tube est placé dans une centrifugeuse. Lors de la centrifugation, les spermatozoïdes ayant une bonne motilité et morphologie sont séparés des spermatozoïdes non viables et des autres types de cellules présents dans l’éjaculat.

Au final, un précipité est obtenu au fond du tube où se trouvent les spermatozoïdes ayant réussi à franchir le maillage de sélection par gradient. Ce précipité est soumis à deux autres centrifugeuses avec milieu de lavage et placé pour incuber avec un milieu de culture favorisant la formation des spermatozoïdes jusqu’à son utilisation dans les techniques PMA.

Les techniques de gradients de densité et de swim-up sont souvent utilisées simultanément sur le même échantillon d’éjaculat afin d’affiner davantage la sélection des spermatozoïdes. Ainsi, après centrifugation avec gradients de densité et lavage, le précipité obtenu est ensuite traité avec la technique Swim-up, permettant la remontée des spermatozoïdes ayant une meilleure motilité.

L’IMSI est une variante haute définition de la technique de microinjection intracytoplasmique de spermatozoïdes (ICSI), dans laquelle les spermatozoïdes sont observés à un plus grand grossissement au microscope, permettant la détection de changements morphologiques autrement imperceptibles.

Cette technique complète les méthodes de sélection déjà décrites, mais ne garantit pas que les spermatozoïdes sélectionnés auront une composition génétique normale, ni qu’ils donneront lieu à une fécondation et à un développement embryonnaire normaux.

PICSI est une autre variante de la technique de microinjection intracytoplasmique de spermatozoïdes (ICSI) qui utilise une plaque spéciale contenant une substance appelée acide hyaluronique (HA) à certains points de la plaque.

Lors de la conception naturelle ou dans la technique de Fécondation In Vitro (FIV), l’acide hyaluronique, présent dans les cellules entourant l’ovocyte, joue un rôle important dans la sélection des spermatozoïdes qui vont le féconder.

Cette technique est basée sur le principe selon lequel les spermatozoïdes ayant une capacité fécondante possèdent des récepteurs pour l’HA, c’est-à-dire qu’ils ont terminé leur maturation et sont moins susceptibles de présenter des modifications dans leur matériel génétique.

Les spermatozoïdes sont ensuite placés sur la plaque PICSI après traitement par gradients de densité et/ou swim-up. L’embryologiste sélectionne pour la microinjection les spermatozoïdes fixés aux points de la plaque contenant de l’acide hyaluronique et morphologiquement normaux.

Les études réalisées à ce jour ne démontrent pas de différences significatives dans les taux de réussite par rapport à l’ICSI conventionnelle. Cependant, PICSI pourrait être un outil utile pour la sélection des spermatozoïdes dans les cas présentant un pourcentage élevé de fragmentation de l’ADN des spermatozoïdes et des spermatozoïdes présentant une morphologie anormale.

L’apoptose, c’est-à-dire la mort cellulaire programmée, se produit naturellement afin d’éliminer les spermatozoïdes présentant des anomalies. Ce processus consiste à marquer les spermatozoïdes avec une substance, la phosphatidylsérine (PS), disponible sur la membrane externe du sperme. Cette substance permet aux autres cellules du testicule et du tractus féminin de reconnaître les spermatozoïdes apoptotiques et de les éliminer.

Lors de l’utilisation des techniques PMA, certaines de ces barrières sont surmontées et les spermatozoïdes marqués pour l’apoptose ne sont pas éliminés. Les techniques conventionnelles de sélection des spermatozoïdes peuvent ne pas parvenir à éliminer ces spermatozoïdes puisque leur motilité et leur morphologie ne sont pas nécessairement affectées.

C’est ainsi qu’a été développée la technique MACS, qui consiste à incuber l’éjaculat dans une colonne avec des particules magnétiques liées à une molécule, l’annexine V. Cette molécule se lie aux PS présents dans la membrane des spermatozoïdes apoptotiques, les retenant tout au long de la colonne. et les séparer du reste.

Cette méthode de sélection des spermatozoïdes n’a pas encore démontré de résultats consensuels dans la communauté scientifique, mais elle pourrait constituer une option dans les cas de pourcentage élevé de fragmentation de l’ADN des spermatozoïdes.

Ces plaques, relativement nouvelles et disponibles dans le commerce sous les noms de ZyMot ou FertileChip, sont basées sur la capacité des spermatozoïdes à nager activement à travers des membranes ou des canaux. L’échantillon d’éjaculat est placé dans une chambre d’entrée et 30 minutes plus tard, les spermatozoïdes ayant réussi à atteindre la chambre de sortie sont récupérés.

Cette méthode permet d’éviter les centrifugeuses des méthodes de sélection de spermatozoïdes plus conventionnelles, réduisant ainsi les effets négatifs que provoquent les espèces réactives de l’oxygène générées lors de ces centrifugeuses sur la membrane des spermatozoïdes. Il permet également de récupérer un échantillon de sperme avec un pourcentage de fragmentation de l’ADN plus faible.

Étant une méthode relativement récente, il n’existe pas encore d’études très concluantes sur son efficacité.