Tecnología de detección de células espermatogénicas para la detección de células espermatogénicas
La tecnología de detección de células espermogénicas fue fundada por el profesor Cao Xingwu, un experto chino en infertilidad masculina. Profesor Cao Xingwu, ex director del Departamento de Andrología del Hospital de la Amistad China-Japón de Beijing, actual director ejecutivo de la Sociedad China de Sexología, secretario general del Comité de Medicina Sexual y subdirector del Departamento de Asuntos Académicos "Ciencia de la Sexualidad China"; ", "Medicina de laboratorio médico chino", "Medicina comunitaria china" 》 Miembro del consejo editorial e investigador de tres revistas. Ha participado en la edición de 20 libros, ha publicado casi 100 artículos y 400 artículos de divulgación científica. Ha ganado numerosos premios por artículos destacados. Después de trabajar como médico durante más de 50 años, he perfeccionado mis sólidas y únicas habilidades básicas en morfología celular a través de mi carrera de atención médica clínica, docencia e investigación científica en el Peking Union Medical College Hospital y el Beijing China-Japan Friendship Hospital. Gracias a mi rica experiencia clínica, me he convertido en un experto reconocido en el país y lideré la investigación pionera en pruebas clínicas y de laboratorio sobre andrología en mi país. Los datos de análisis sobre citología del semen y morfología del esperma han hecho contribuciones sobresalientes. urología y andrología en nuestro país El profesor Cao fue el primero en proponer en China que se preste atención al valor clínico de la morfología del esperma y la citología del semen en el diagnóstico de la infertilidad masculina y la evaluación de la función reproductiva masculina.
Las células espermatogénicas (células germinales) incluyen espermatogonias, espermatocitos primarios, espermatocitos secundarios, espermatozoides y espermatozoides. Básicamente, se trata de un proceso continuo de diferenciación y desarrollo llamado espermatogénesis. Las espermatogonias son las células espermatogénicas más inmaduras del testículo maduro y se encuentran en la capa más externa del epitelio seminífero. Directamente en contacto con la membrana basal de los túbulos seminíferos. Según la forma y el tamaño de los núcleos de las espermatogonias, la tinción y densidad de la cromatina, la posición y el número de nucléolos y la presencia o ausencia de glucógeno en el citoplasma, las espermatogonias generalmente se dividen en tres tipos: espermatogonias de tipo oscuro (oscuras). tipo A, Ad), tipo A brillante (tipo A pálido, Ap) y espermatogonias tipo B (tipo B).
Los núcleos de las espermatogonias tipo Ad son redondos u ovalados, la cromatina es finamente granular y teñida de forma oscura, a menudo hay 1-2 áreas ligeramente teñidas en el núcleo, los nucléolos son obvios y hay glucógeno en En el citoplasma y los microtúbulos, también hay cristales de Lubarsch, que están compuestos por muchos tubos pequeños, cada uno con un diámetro de aproximadamente 8-12 μm, paralelos entre sí y conectados por materiales densos para formar una estructura laminar. Las espermatogonias de tipo AP son grandes y redondas, adheridas a la membrana basal, con núcleos redondos, cromatina finamente granular, núcleos ligeramente teñidos, 1-2 nucléolos, cerca de la membrana nuclear y sin microtúbulos en el citoplasma, sin cristales de Lubarsch. . Hay estructuras similares a desmosomas entre espermatogonias tipo Ap adyacentes. En las espermatogonias de tipo Ad, las mitocondrias a menudo se distribuyen en montones y hay materiales densos en electrones profundamente teñidos entre las mitocondrias para conectarlas entre sí. En las espermatogonias de tipo Ap, pueden existir solas o en parejas, con densas conexiones materiales entre ellas.
Las espermatogonias tipo B tienen menos superficies de contacto entre las membranas basales de los túbulos seminíferos redondos y curvos y, a veces, sólo una estrecha protrusión citoplasmática hace contacto con ellas. El núcleo es esférico y la cromatina nuclear tiene forma granular, de varios tamaños, distribuida a lo largo de la membrana nuclear o unida al nucléolo. El nucléolo es irregular y generalmente está situado en el centro del núcleo, y las mitocondrias se encuentran dispersas por todo el citoplasma. Según estudios ultraestructurales e histoquímicos, en el núcleo de las espermatogonias humanas existen varios cuerpos pequeños. En las espermatogonias tipo B, además de unos pocos nucléolos, hay cromatina fragmentada que carece de estructura fija. Hay cinco cuerpos diferentes en el núcleo de las espermatogonias tipo A, que se denominan cuerpos I, tipo I, tipo II, tipo III y tipo IV, y tipo V. Los cuerpos de tipo I y I tienen componentes estructurales nucleolares y se encuentran principalmente en núcleos con cromatina nuclear más ligera. Los cuerpos de tipo II son los más comunes y suelen encontrarse en núcleos con vacuolas centrales. Los cuerpos de tipo III y V se consideran nucléolos atípicos. Los cuerpos de tipo IV son cromatina pequeña y densa. Los diferentes tipos de espermatogonias en realidad reflejan el proceso continuo de proliferación de las espermatogonias. Existe una relación cuantitativa constante entre varios tipos de espermatogonias. La proporción entre el tipo Ad y el tipo AP es de I a I. La proporción entre el tipo Ad y B, el tipo Ap y B es 2 y 1 o 4 y 1. Los estudios de autorradiografía han demostrado que las espermatogonias tipo Ad tienen un ciclo largo y se dividen muy lentamente. Por tanto, se cree que las espermatogonias de tipo Ad son las células madre de las células espermatogénicas. Se propuso así un modelo de proliferación de espermatogonias.
Según este modelo, una célula madre espermatogénica sufre su primera mitosis para producir dos nuevas espermatogonias de tipo Ad. Una de las espermatogonias de tipo Ad se divide para producir dos espermatogonias de tipo Ad, mientras que las otras espermatogonias de tipo Ad se dividen para producir dos espermatogonias de tipo AP, que luego se dividen y diferencian sucesivamente para formar espermatogonias de tipo B y espermatogonias primarias.
La proliferación de espermatogonias tiene un importante significado fisiológico. Durante el proceso de proliferación, a través de la división y diferenciación de las espermatogonias, los espermatocitos se producen a partir de espermatogonias y entran en división madura. Por lo tanto, la cantidad de espermatocitos puede aumentar considerablemente mediante la proliferación. Según cálculos teóricos, una espermatogonía puede formar cientos de espermatocitos primarios a través de varias divisiones celulares. Sin embargo, en la etapa inicial del proceso de espermatogénesis, las células espermatogénicas se degeneran fácilmente, por lo que el número es en realidad menor que este número. Durante el proceso de proliferación de las espermatogonias, algunas espermatogonias de tipo Ad ya no se dividen, sino que permanecen y se convierten en nuevas células madre espermatogoniales. Por lo tanto, a través de la proliferación, no solo las células madre espermatogoniales pueden renovarse continuamente, sino que también se pueden regenerar los espermatozoides. Las células mantienen un número determinado para que la producción de espermatozoides pueda continuar y no se agote.
En cuanto al tema de las espermatogonias, el autor considera que las espermatogonias tipo Ad no son células madre espermatogoniales. Existe una especie de espermatogonias largas (AL para abreviar) que es la verdadera célula madre. Las espermatogonias de tipo AL son muy planas y tienen la mayor área de contacto con la membrana basal de los túbulos seminíferos. Tienen muchas características similares a las espermatogonias de tipo Ad. La diferencia es que la forma de la membrana nuclear de las espermatogonias de tipo AL no tiene las reglas de tipo Ad, la densidad electrónica nuclear es baja y no hay un área dispersa en el núcleo. Los espermatocitos se encuentran en la capa media del epitelio espermatogénico y se dividen en dos tipos: espermatocitos primarios y espermatocitos secundarios. Varios espermatocitos se encuentran en diferentes etapas del ciclo celular, por lo que en las secciones se pueden ver espermatocitos de diferentes formas.
Los espermatocitos primarios formados por la división directa de las espermatogonias de tipo B se denominan espermatocitos preleptotenos. Sus características de estructura celular son similares a las de las espermatogonias de tipo B, son de tamaño ligeramente mayor y comienzan a desarrollarse. Al mismo tiempo, todavía tiene un pequeño contacto con la membrana basal de los túbulos seminíferos y luego abandona completamente la membrana basal. Los procesos de las células de Sertoli separan los espermatocitos preleptotenos de la membrana basal y las células adyacentes. Los espermatocitos de preleptoteno se consideran células inactivas. De hecho, además de replicar el ADN, también participa activamente en la transcripción y el transporte, sintetizando y almacenando la mayoría de las proteínas y enzimas necesarias durante la espermatogénesis. Como resultado, el citoplasma aumenta y el volumen celular aumenta, hasta aproximadamente 18 μm. . Pronto entrará en división madura Debido a que el período previo a la división es muy largo, hasta más de 22 días, en las secciones se puede ver una gran cantidad de espermatocitos primarios en la etapa previa a la división. A partir de los espermatocitos primarios, los orgánulos aumentan, se desarrolla el aparato de Golgi y las mitocondrias se convierten gradualmente en mitocondrias vesiculares. La densidad citoplasmática es más oscura que la de las espermatogonias.
El espermatocito primario sufre su primera división madura para formar dos espermatocitos secundarios. El tamaño es pequeño, con un diámetro de unas 8-9μm. El núcleo es esférico y la cromatina está finamente mallada, pero también puede haber algunas partículas grandes de cromatina. La interfase de los espermatocitos secundarios es muy corta y experimentan su segunda división madura muy rápidamente. Por lo tanto, la mayoría de los espermatocitos secundarios que se ven en las secciones son espermatocitos secundarios en la fase de división y los que están en interfase son difíciles de ver.
Meiosis, también conocida como meiosis. Este es un método de división celular único durante el desarrollo de las células germinales, que incluye dos divisiones celulares consecutivas, a saber, la primera división madura de espermatocitos primarios y la segunda división madura de espermatocitos secundarios. Los cromosomas de los espermatocitos primarios son diploides (44 xY), con 44 autosomas y 2 cromosomas sexuales (X e Y). Durante la interfase o leptoteno, los espermatocitos primarios replican el ADN, lo que eleva la cantidad de ADN a 4n. Luego las células entran en la fase de división.
Las etapas de la división celular se dividen en profase, metafase, anafase y telofase. El período inicial puede durar hasta 24 días. Durante la profase, los cambios en la cromatina en los núcleos primarios de los espermatocitos son complejos. Según los cambios morfológicos de la cromatina, se puede dividir en leptoteno, sinteno, paquiteno, diploteno y metamorfismo terminal. Durante el leptoteno, la cromatina se condensa para formar cromosomas delgados en forma de filamentos.
Luego entra en la etapa de sinapsis, y los cromosomas homólogos de los dos padres se emparejan y unen para formar un par de estructuras complejas de cromosomas gruesas, llamadas bivalentes o complejos sinápticos. (Este fenómeno se llama sinapsis). Bajo un microscopio electrónico, el complejo sinaptonémico tiene una estructura bipartita: dos líneas gruesas paralelas densas en electrones en ambos lados y un filamento delgado transparente en electrones en el medio. Durante la fase sincigota, la hélice del cromosoma se estrecha aún más, por lo que los cromosomas se vuelven más cortos y gruesos, y la tinción se profundiza. Todos los cromosomas homólogos están emparejados y unidos, y cada cromosoma tiene divisiones longitudinales obvias, de modo que cada cromosoma contiene dos cromátidas en tira. . Están unidos entre sí por centrómeros. Luego, al entrar en la etapa de diploteno, los cromosomas se vuelven más gruesos y más cortos, y los pares de cromosomas homólogos comienzan a separarse, pero la separación no es completa y hay puntos de cruce entre sí. Este fenómeno se llama cruce de cromosomas. No se trata de un simple contacto entre cromosomas homólogos, sino de un intercambio de material genético entre cromosomas homólogos de las líneas paterna y materna mediante el cruce de cromosomas, lo que tiene un importante significado biológico. En la etapa de metamorfosis terminal, los pares de cromosomas homólogos están obviamente separados, la membrana nuclear nucleolar desaparece, los pares de cromosomas homólogos se organizan en la placa ecuatorial y los centriolos en ambos extremos de la célula envían fibras del huso y están conectados a los cromosomas. para formar un huso. Durante la anafase de división, los cromosomas homólogos se mueven a lo largo de los brazos cromosómicos hacia los polos celulares. Al final del ciclo, el nucléolo y la membrana nuclear aparecen nuevamente y el cuerpo celular se divide en dos mitades, formando finalmente dos células hijas: los espermatocitos secundarios. El número de cromosomas en cada espermatocito secundario es 23, lo cual es haploide, la mitad del número original. En este momento, el ADN es 2n.
Una vez formados los espermatocitos secundarios, entran rápidamente en interfase, pero el periodo es muy corto. No copian el ADN y luego sufren la segunda división madura. Los 23 cromosomas de los espermatocitos secundarios están compuestos por dos cromátidas y las cromátidas están conectadas por centrómeros. Durante la segunda división madura, el centrómero se rompe y las cromátidas se desplazan hacia los dos polos de la célula. Un espermatocito secundario sufre una segunda división madura para formar dos espermatozoides. Su número de cromosomas es 23, es haploide y su ADN es ln. Los espermatozoides (espermátidas) están cerca de la luz, son esféricos, de tamaño pequeño, alrededor de 9 μm, la mitad del tamaño de los espermatocitos primarios, pero el núcleo es relativamente grande, alrededor de 6 μm, redondo, ubicado en el centro de la célula, y la cromatina es finamente granular, de coloración ligera. En el citoplasma son visibles una serie de orgánulos: hay menos mitocondrias, dispuestas en círculo a lo largo de la membrana celular. También hay centríolos, retículo endoplásmico y aparato de Golgi, etc. El aparato de Golgi es un orgánulo activo en los espermatozoides. Es un vínculo central que conecta varios orgánulos. Desempeña un papel importante en la formación de espermatozoides. Morfológicamente, el aparato de Golgi tiene dos partes distintas: la corteza y la médula. La parte periférica del aparato de Golgi es la corteza, que consta de pilas de varias vesículas de membrana planas que se curvan en forma arqueada hacia el núcleo. Sistema corteza de Golgi-retículo endoplásmico-lisosoma (GERL). La médula del aparato de Golgi está compuesta por una serie de estructuras vesiculares y tubulares de diferentes formas y tamaños. Durante el desarrollo de los espermatozoides, la ultraestructura del aparato de Golgi cambia periódicamente.
Los espermatozoides ya no se dividen, sino que sufren un complejo proceso de cambios en la estructura morfológica para formar espermatozoides con forma de renacuajo. Este proceso se llama espermiogénesis. Morfológicamente, el proceso de desarrollo de los espermatozoides de los mamíferos generalmente se divide en cuatro etapas: la etapa de Golgi, la etapa de capuchón, la etapa de acrosoma y la etapa de madurez.
1. Etapa de Golgi En la etapa de Golgi, el aparato de Golgi comienza a ser esférico, para luego pasar a ser hemisférico, ubicado a un lado del núcleo. La característica principal de la fase de Golgi es la primera aparición de varias vesículas redondas en la médula, llamadas vesículas preacrosomales, que contienen gránulos densos llamados gránulos preacrosomales. Posteriormente, estas vesículas preacrosomales se fusionan en una gran vesícula acrosómica que está unida a la membrana nuclear, llamada vesícula acrosómica. Los gránulos preacrosomales también se fusionan en gránulos acrosómicos, que luego se ubican en o cerca de la médula del aparato de Golgi. También son visibles estructuras corporales multivesiculares. A menudo se asocia con cromatina extranuclear. Posteriormente, los cuerpos multivesiculares abandonan el aparato de Golgi junto con la cromatina extranuclear y se desplazan hacia los centriolos en el lado caudal del núcleo (como se muestra en la figura siguiente).
2. Etapa de tapa: en la etapa de tapa, el acrosoma se vuelve plano y cubre la superficie del núcleo del espermatozoide. La vesícula acrosómica se agranda y se extiende a ambos lados del núcleo para formar una tapa superior.
En este momento, las partículas del acrosoma no aumentan de tamaño y todavía están en su posición original. Las partículas del acrosoma y la tapa superior juntas se denominan sistema acrosómico. Al final de este período. La tapa superior rodea la mitad frontal del núcleo. En los espermatozoides de la capa superior, el aparato de Golgi aumenta de tamaño, el CERL está muy desarrollado y los cuerpos multivesiculares se mueven hacia los centriolos en el lado de la cola del núcleo.
3. Etapa del acrosoma En la etapa del acrosoma, la cubierta del acrosoma se expande aún más y el material del acrosoma se dispersa por toda la cubierta del acrosoma, por lo que la cubierta del acrosoma se convierte en acrosoma. El aparato de Golgi abandona el sistema acrosómico y el núcleo, cambia su morfología de hemisférico a esférico y GERL degenera y desaparece. Al mismo tiempo, el núcleo se mueve desde el centro de la célula hacia un extremo de la célula y su forma cambia de redonda a plana, en forma de pera. El volumen se reduce gradualmente, las partículas de cromatina se espesan gradualmente y la densidad de electrones aumenta gradualmente. y finalmente se forma una estructura densa y homogénea. Durante el alargamiento y condensación del núcleo del espermatozoide, una gran cantidad de lisina escapa de la membrana nuclear y es reemplazada por la arginina ingerida, provocando cambios significativos en la estructura de la proteína nuclear del espermatozoide. Lo que se une al ADN en el núcleo del espermatozoide es una proteína básica rica en arginina, que puede inhibir la síntesis de ARN en el núcleo, inhibiendo así la transcripción de genes en el núcleo, haciendo que el gen sea más estable y protector. Cuando se forma el acrosoma, los dos centríolos del citoplasma migran al extremo opuesto del acrosoma. Un axonema delgado crece desde el centríolo distal para formar el flagelo; el centríolo proximal está cerca del extremo de la cola del núcleo y forma un anillo terminal denso alrededor de la base del flagelo. Las mitocondrias se reúnen alrededor del flagelo entre el núcleo y el anillo terminal, formando una vaina mitocondrial helicoidal.
4. En la etapa madura, parte del citoplasma del espermatozoide se condensa en bloques de citoplasma irregulares, que están conectados a la parte media de la cola y se denominan exceso de citoplasma. Después de una mayor eliminación del exceso de citoplasma, se forman espermatozoides que abandonan las células de Sertoli y se liberan en la luz de los túbulos seminíferos. El exceso de citoplasma que se desprende se denomina cuerpo residual. En la etapa madura, el aparato de Golgi cambia de una forma esférica a una forma hemisférica nuevamente y comienza a degenerar, fragmentarse y desaparecer.
Según los cambios morfológicos de los núcleos de los espermatozoides, los espermatozoides se pueden dividir en cuatro tipos:
Célula espermática tipo Sa: el diámetro del espermatozoide es de 6-7 μm, el núcleo es redondo y está ubicado en el centro de la célula. La cromatina es granular fina y está ligeramente teñida, pero también hay bloques irregulares dispersos de cromatina. Con la tinción PAS, un área redonda en un extremo del núcleo es una reacción PAS positiva. Este tipo es equivalente a la fase de Golgi. Por tanto, bajo el microscopio electrónico se pueden observar una serie de características ultraestructurales de la fase de Golgi.
Célula espermática tipo sb1: involucra la etapa de tapa superior y la etapa de acrosoma. El volumen nuclear se vuelve más pequeño, la cromatina nuclear comienza a volverse densa e irregular y el área PAS positiva en forma de casquete ubicada en un extremo del núcleo es más obvia. Bajo el microscopio electrónico, se descubrió que las partículas de acrosoma todavía pueden ubicarse en el centro de las vesículas de acrosoma. Las vesículas de acrosoma se expanden en el extremo frontal del núcleo para formar una tapa de cabeza, luego las partículas de acrosoma se dispersan por toda la tapa de cabeza y se llenan. la tapa de la cabeza, formando así acrosomas, que cubren 1/3 del núcleo.
Espermatozoide tipo Sb2: El aparato de Golgi ha abandonado la zona supranuclear, y el núcleo avanza provocando la desviación nuclear. La forma del núcleo cambia y se alarga hasta adoptar la forma de una pera. A medida que el núcleo avanza, la membrana acrosómica externa entra en contacto con la membrana citoplasmática en un extremo de la célula. En el polo opuesto al acrosoma, comienzan a formarse flagelos.
Espermatozoides de tipo Sc: sus núcleos se van alargando progresivamente. Hay partículas obvias densas en electrones en el núcleo, de aproximadamente 25 a 35 μm de diámetro, dispersas y distribuidas. La densidad electrónica nuclear se profundiza, pero el área posnuclear es relativamente brillante.
Espermatozoide tipo Sd1: los gránulos de cromatina se espesan y se reduce el volumen.
Célula calificada tipo Sd2: Está próxima a la madurez, y los gránulos de cromatina se fusionan formando una masa densa homogénea.