La capacidad de los espermatozoides para moverse y fecundar un óvulo es un proceso altamente regulado, en el que la actividad eléctrica juega un papel fundamental. Recientes investigaciones han desvelado los complejos mecanismos iónicos y moleculares que controlan el "pistoletazo de salida" para la movilidad espermática, abriendo nuevas vías para el diagnóstico y tratamiento de la infertilidad, así como para el desarrollo de anticonceptivos.
El Mecanismo Eléctrico del Movimiento Espermático
El inicio de la carrera de los espermatozoides humanos hacia un óvulo es activado por un mecanismo eléctrico, como han demostrado diversos experimentos. Hasta hace poco, los científicos solo sabían que el estado de movilidad o de reposo de los espermatozoides dependía de su grado de acidez (pH) interno. Sin embargo, investigadores estadounidenses han logrado localizar los canales de la membrana por los que los espermatozoides en reposo se liberan de su carga de protones (iones positivos) para iniciar su viaje de fecundación. Estos canales, que habían sido objeto de búsqueda durante muchos años, se activan por el voltaje.
En los testículos, las células espermáticas se encuentran en reposo y, al ser liberadas en la vagina, su pH aumenta, lo que las impulsa a moverse. Según Yuriy Kirichok, el especialista en canales iónicos responsable de estos experimentos publicados en la revista Cell, los espermatozoides en reposo son comparables a globos llenos de protones en lugar de aire. Sus colas están cubiertas por una multitud de los canales recientemente descubiertos y, cuando estos se abren, los protones salen simultáneamente por todos ellos. Esto provoca un cambio en el pH interno, pasando de ácido a alcalino, lo que a su vez induce el movimiento de los espermatozoides a través del tracto reproductivo femenino hacia los óvulos.
El descubrimiento de este fenómeno fue posible gracias a la aplicación, por primera vez, de un diminuto electrodo de cristal a células espermáticas para medir el flujo de iones a través de la membrana plasmática celular. De esta forma, los investigadores pudieron observar el flujo de protones en tiempo real.
Factores que Activan los Canales Iónicos
A pesar de los avances, aún se desconoce qué condiciones específicas producen la activación de estos canales. Las hipótesis incluyen el cambio en el pH ambiental al pasar del hombre a la mujer, la disminución del cinc -que es absorbido en el tracto femenino- y la presencia de un canabinoide natural que podría encontrarse en una concentración mayor en las cercanías del óvulo.
Kirichok ha señalado que es posible que los consumidores de marihuana experimenten problemas de fertilidad debido a que esta sustancia podría activar los espermatozoides prematuramente, dejándolos sin suficiente energía para la fecundación.
La Hiperactivación Espermática y la Proteína CatSper
En otro avance significativo, investigadores estadounidenses han logrado captar por primera vez en una imagen la actividad eléctrica de un espermatozoide, revelando aspectos clave de su dinámica. La hiperactivación es uno de los factores cruciales en la fertilidad masculina.
Una nueva investigación, publicada en Nature, ha descubierto que la responsable de este proceso es una proteína denominada CatSper, que se encuentra exclusivamente en la cola de los espermatozoides maduros. Esta sustancia regula la cantidad de calcio que penetra en el flagelo y, a su vez, este calcio activa las proteínas motrices de la cola.
La CatSper fue descubierta en 2001 por David Clapham, uno de los investigadores del Howard Hughes Medical Institute (HHMI) en Estados Unidos. En aquel entonces, se observó que los roedores que carecían de esta proteína eran estériles, ya que sus espermatozoides eran malos 'nadadores' y no podían penetrar la barrera protectora del óvulo.
Para indagar más a fondo en este asunto, los científicos utilizaron una técnica que ya había sido empleada para estudiar otros canales de iones. Estos canales son proteínas con un poro que permite el paso de determinadas sustancias, como calcio, sodio y potasio, a través de la membrana de las células. Sin embargo, hasta ese momento no se había podido visualizar cómo funcionaban los canales de calcio de los espermatozoides, debido a que su membrana está muy adherida a las estructuras internas de la célula.
Estudio comparativo: activación del canal de calcio catsper en espermatozoides (diferentes especies)
Los autores del estudio habían intentado realizar el pinzamiento zonal de espermatozoides en varias ocasiones sin éxito. Fue examinando imágenes microscópicas de espermatozoides que encontraron una parte elástica del gameto en la que parecía posible aplicar la pipeta. De este modo, Clapham y sus colegas lograron finalmente observar la actividad eléctrica del espermatozoide.
Avances Tecnológicos en el Estudio de la Actividad Espermática
El estudio de la actividad eléctrica y la composición molecular de los espermatozoides se ha beneficiado enormemente de técnicas avanzadas. El profesor Martyn Paley, del Departamento de Infección, Inmunidad y Enfermedades Cardiovasculares de la Universidad, explicó que la técnica de Espectroscopía de Resonancia Magnética (MRS) se había utilizado previamente para examinar la composición molecular de diversas células y tejidos en enfermedades como el cáncer, pero nunca se había aplicado para estudiar espermatozoides vivos.
Para lograr esto, el equipo examinó una serie de técnicas de «lavado de esperma» que son utilizadas actualmente para preparar espermatozoides para la Fertilización In Vitro (FIV). La investigadora Sarah Calvert, del equipo de spermNMR, destacó que «lavar el esperma en una centrífuga es un paso crítico para que esta técnica funcione, ya que cualquier contaminación del plasma seminal también puede ser detectada por el escáner».
El investigador Steven Reynolds añadió que «el hecho de que podamos detectar diferencias en la composición molecular entre muestras de esperma «bueno» y «pobre» es realmente significativo porque nos abre la oportunidad de desarrollar un nuevo biomarcador para ayudar con el diagnóstico». Además, en comparación con otros estudios, se ha observado que los pulsos de baja energía no dañan el esperma, lo que sugiere su potencial uso en tratamientos de Fertilización In Vitro (FIV).
Implicaciones y Futuras Aplicaciones
El descubrimiento de estos nuevos canales puede permitir modificar la actividad del esperma, que depende directamente de los niveles de acidez. Los hallazgos relacionados con la proteína CatSper pueden arrojar claves importantes sobre algunos tipos de infertilidad masculina, permitiendo un diagnóstico más preciso y el desarrollo de terapias dirigidas.
Además, los investigadores vislumbran una aplicación revolucionaria: «si se encuentra algo que bloquee las corrientes, podría utilizarse como anticonceptivo masculino». De hecho, una empresa biotecnológica fundada por David Clapham ya está trabajando activamente en un fármaco diseñado para bloquear la proteína CatSper, abriendo la puerta a nuevas opciones de control de natalidad.
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