In un articolo in uscita nel numero di novembre della rivista teriogenologia , un team di ricercatori dell'Università della Carolina del Nord a Charlotte e dello Smithsonian Conservation Biology Institute, ha annunciato la prima essiccazione e reidratazione di successo di spermatozoi di gatti domestici utilizzando un metodo di disidratazione rapida a microonde.

Gli autori del documento, Jennifer Patrick e Gloria Elliott dell'UNC Charlotte, e Pierre Comizzoli di SCBI, mostrano che gli spermatozoi reidratati hanno un danno minimo al DNA e sono vitali - sono in grado di produrre embrioni in vitro. Poiché il gruppo era riuscito in precedenza a produrre uova di gatto disidratate vitali, questa scoperta mostra la possibilità di preservare le cellule riproduttive feline in uno stato essiccato.

Lungi dall'essere una conquista esoterica, la corretta conservazione degli spermatozoi di gatto mediante disidratazione è un passo potenzialmente importante nell'affrontare questioni chiave coinvolte nella biologia riproduttiva dei felini selvatici.

Molti biologi e scienziati ambientali pensano che la biosfera sia attualmente nel mezzo di una "sesta estinzione" che potrebbe sfociare in una vasta riduzione del numero di specie sul pianeta e nel collasso di vasti ecosistemi. C'è un rischio significativo che nel prossimo futuro, le specie chiave per la diversità biologica del pianeta possono estinguersi o essere così ridotte nella loro diversità genetica da rendere impossibile la sopravvivenza delle popolazioni selvatiche.

La scienza potrebbe essere in grado di migliorare rapidamente e con successo lo stato delle popolazioni di piccoli animali se sono disponibili più "biblioteche" di uova e sperma conservati. Gli scienziati potrebbero semplicemente utilizzare scorte di materiale riproduttivo, conservato in stalla, forma secca, reidratarli e creare una popolazione di embrioni vitali.

Perché le cellule riproduttive essiccate? L'idea di preservare lo sperma, uova ed embrioni per un uso successivo non sono nuovi, ma generalmente la tecnica di conservazione preferita è che questi materiali vengano congelati. La crioconservazione è una tecnologia collaudata per preservare le cellule germinali e gli embrioni, ma ci sono problemi con questo approccio, considerando l'incertezza futura. Lo stoccaggio a temperature di congelamento richiede apporti energetici costanti, tecnologia e strutture costose, e complesse operazioni di manutenzione, tutte cose difficili e costose da mantenere continuamente per lunghi periodi di tempo, soprattutto in condizioni occasionalmente avverse.

La natura ne suggerisce un altro, forse più robusto, soluzione:stasi cellulare per disidratazione. Impianti, funghi e batteri, farlo comunemente, mettendo il loro materiale genetico in spore, cisti, polline e semi, che lo conservano per brevi periodi - e anche, A volte, per tempi molto più lunghi e consentono di trasportarlo anche su lunghe distanze.

Alcuni animali che vivono in deserti aspri e in altri ambienti estremi, come i gamberi di salamoia e i tardigradi ("orsi acquatici"), hanno anche sviluppato la capacità di mettere la loro biologia in uno stato di stasi disidratata, a volte per lunghi periodi. Lo fanno producendo e accumulando alte concentrazioni di zuccheri disaccaridi (come il trealosio) nelle loro cellule, che sostituisce l'acqua persa durante la disidratazione e si solidifica in un vetro - liquido molto viscoso che arresta l'attività chimica e immobilizza gli enzimi - un congelamento a temperatura ambiente delle strutture e dell'attività cellulare, una versione a livello molecolare di insetti congelati nell'ambra.

"Quando si pensa alla conservazione a lungo termine degli organismi, non ti preoccupi solo delle interruzioni elettriche. Inondazioni e altri eventi meteorologici possono richiedere il trasferimento di campioni sotto costrizione, " Fa notare Elliott. "I campioni congelati non sono facilmente trasportabili mentre se i tuoi campioni sono conservati come pacchetti asciutti - proprio come la frutta secca o qualsiasi altra merce secca che hai su uno scaffale - puoi gettare la tua collezione in una borsa e uscire dalla porta. . Questo è il concetto:non solo per mantenere bassi i costi di archiviazione, ma per rendere gli esemplari facilmente trasportabili, facilitare la condivisione o il trasferimento degli esemplari".

Il metodo di conservazione che il team di ricerca di Elliott sta studiando prevede la sospensione delle cellule in una soluzione diluita di trealosio, e poi concentrandolo rimuovendo l'acqua con un delicato processo di riscaldamento assistito a microonde in modo che si formi un vetro di trealosio, immobilizzando le molecole biologiche a temperatura ambiente, simile al congelamento.

Le cellule riproduttive sono state precedentemente conservate a secco con trealosio, utilizzando una tecnica di liofilizzazione, ma il metodo assistito da microonde è più veloce e potrebbe consentire un uso più ampio della tecnologia.

"Questo ci permette di portare queste tecnologie di conservazione in alcuni ambienti a bassa risorsa - paesi del terzo mondo come le nazioni in via di sviluppo, , " Ha detto Elliott. "Se si considerano gli esemplari per la ricerca sulla biodiversità, quei paesi non sono predisposti per quel tipo di raccolta e questo metodo di conservazione apre questa possibilità".

La scoperta amplia anche la gamma di specie di mammiferi le cui cellule germinali possono essere conservate con successo a secco. Esperimenti precedenti hanno conservato con successo spermatozoi e cellule uovo in ratti e topi, ma la biologia delle cellule germinali dei roditori è significativamente diversa da quella di altri mammiferi, compresi gatti e umani. Nei roditori, lo spermatozoo è relativamente semplice e contiene principalmente solo il materiale genetico maschile, mentre nei gatti e nell'uomo contiene anche il centrosoma, una struttura cellulare necessaria per la divisione cellulare e il successo dello sviluppo di un embrione. Poiché il centrosoma è vitale per la riproduzione e poiché gli spermatozoi sono piccole strutture cellulari, lo sperma di gatto è potenzialmente più difficile da preservare rispetto allo sperma di roditore.

"Questa è la prima volta che questo è stato fatto con lo sperma di gatto, e lo sperma di gatto sono più vicini allo sperma umano rispetto allo sperma di roditore, "Note di Elliott.

"C'è stato molto lavoro sui ratti, ma il ratto non è necessariamente un buon modello per l'ereditarietà centrosomica, che potrebbe influire sulla fertilità. Questo è il motivo per cui crediamo che il modello del gatto domestico sia un modello migliore per l'uomo rispetto ai roditori, e questo risultato è significativo, " lei disse.

Il tasso di successo riproduttivo dello sperma reidratato del team è stato del 6,5%, rispetto a un tasso del 15% con sperma fresco, una riduzione della redditività, ma ancora accettabile per scopi di conservazione. Gli spermatozoi reidratati non erano mobili, ma anche questo non era fondamentale per produrre embrioni vitali.

"Quando asciughiamo e conserviamo i campioni allo scopo di creare embrioni, non dobbiamo avere spermatozoi completamente intatti poiché faremo iniezioni intracitoplasmatiche di spermatozoi con i campioni reidratati, " Elliott ha osservato. "Non devi avere una coda, non devi avere teste di sperma completamente intatte:essenzialmente stai iniettando componenti di sperma critici. Le teste degli spermatozoi non devono essere in una forma fantastica, ma devi assicurarti che alcuni componenti critici siano intatti, compreso il centrosoma."

Sebbene la scoperta sia una prova del concetto, resta ancora del lavoro da fare per sviluppare e provare la tecnologia. Elliott osserva che resta da vedere se il livello di secchezza attualmente raggiunto è sufficientemente alto per la conservazione a lungo termine senza refrigerazione, e anche se è possibile un'ulteriore asciugatura. Una volta che queste condizioni sono state ottimizzate, quindi è necessario eseguire dei test per garantire che gli embrioni possano maturare in gattini sani.