La cryoconservation des spermatozoïdes est une technique essentielle dans le domaine de la fertilité, offrant des solutions pour la préservation des gamètes masculins dans divers contextes médicaux et personnels. Cet article explore en profondeur les techniques de cryoconservation, les enjeux liés à la formation de glace, et les implications pour la fertilité masculine.
Introduction
La cryoconservation, un procédé de conservation des cellules et des tissus à -196 °C, stoppe la machinerie cellulaire, y compris les réactions provoquant la mort cellulaire, permettant ainsi la conservation des échantillons sans limite de temps. Cette technique est devenue une pierre angulaire de l'assistance médicale à la procréation (AMP), offrant aux hommes la possibilité de conserver leurs spermatozoïdes en vue d'une utilisation ultérieure.
Fertilité et Cryoconservation des Gamètes
Hommes et femmes peuvent conserver leurs gamètes (spermatozoïdes, ovocytes), qu’ils soient célibataires ou en couple, dans le cadre du traitement d’un cancer ou d’une autre pathologie médicale ou chirurgicale pouvant altérer leur fertilité. La conservation des gamètes étant réalisée en vue de leur utilisation ultérieure en assistance médicale à la procréation (AMP), elle doit être réservée à des patients en âge de procréer.
Indications de la Cryoconservation
Les patient(e)s peuvent conserver leurs gamètes lorsqu’ils(ou elles) sont exposé(e)s à une pathologie ou un traitement potentiellement gonadotoxique. La loi de bioéthique énonce très clairement l’obligation d’informer les patients des risques pour leur fertilité et des possibilités de conservation de leurs gamètes.
En 2015, la Fédération française des centres d’étude et de conservation des œufs et du sperme humains (CECOS) a réalisé environ 6 500 congélations de sperme, dont :
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- 40 % dans le cadre du cancer (indications principales : cancer du testicule, lymphomes hodgkinien et non hodgkinien et leucémies).
- 60 % pour des affections non cancéreuses (altérations secondaires de la qualité du sperme, risque chirurgical d’atteinte de la spermatogenèse et/ou de l’éjaculation, ou avant vasectomie).
Le nombre de nouveaux cas annuels de cancer chez l’homme en France entre 15 et 49 ans est d’environ 13 800. Les cancers du poumon, de la sphère oto-rhino-laryngée et les mélanomes, bien que fréquents dans cette tranche d’âge, sont rarement reçus dans les CECOS pour préserver leur fertilité.
Dans le cadre de la préservation de la fertilité avant le traitement d’un cancer, une coordination entre l’équipe d’oncologie et le CECOS est indispensable. Le(ou la) patient(e) est adressé(e) au CECOS après la consultation d’annonce, avant le début des traitements, avec une fiche de liaison comportant le diagnostic et les traitements envisagés.
Parcours du Patient
Il est inscrit dans la loi que « toute personne dont la fertilité risque d’être altérée du fait d’une pathologie ou de ses traitements ou dont la fertilité risque d’être préma- turément altérée doit être informée des risques pour sa fertilité et des possibilités de conservation de ses gamètes ». Le Plan cancer inscrit très clairement l’obligation de cette information aux patients.
Le patient rencontre le médecin du CECOS pour une consultation d’information sur le risque reprotoxique encouru en raison du traitement envisagé, sur les possibilités de conservation et d’utilisation des gamètes, sur la vérification des sérologies régle- mentaires (sérologies pour les hépatites B et C, le virus de l’immuno- déficience humaine, et la syphilis) et sur la signature du contrat d’autoconservation de gamètes. En cas de sérologies positives, la conservation est réalisée dans un circuit spécifique au laboratoire.
Techniques de Cryoconservation des Spermatozoïdes
Les spermatozoïdes, qu’ils soient issus d’un éjaculat, de l’urine ou extraits d’une ponction épididymaire et/ou d’une biopsie testiculaire, sont congelés selon la même technique.
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Protocole de Congélation
- Prélèvement de Sperme : Les hommes réalisent au moins un prélèvement de sperme par masturbation, avant le début des traitements.
- Spermogramme et Préparation : Après réalisation d’un spermogramme, le sperme est mis en contact avec un milieu cryoprotecteur.
- Conditionnement : Le sperme est conditionné dans des paillettes qui sont soudées par un système haute sécurité.
- Congélation : Les paillettes sont congelées et stockées dans des cuves d’azote liquide.
En cas d’azoospermie (environ 5 % des patients atteints de cancer), une ponction chirurgicale testiculaire peut être envisagée ; elle est de préférence couplée à une intervention chirurgicale programmée dans le cadre du traitement. Si des spermatozoïdes sont retrouvés, ils sont alors cryoconservés comme les spermatozoïdes éjaculés.
Dans le cadre de la préservation de la fertilité hors cancer, environ 20 % des indications sont des troubles de l’éjaculation avec principalement des éjaculations rétrogrades (blessés médullaires, diabétiques, lésions post-chirurgicales). Il est alors possible de congeler des spermatozoïdes récupérés dans la vessie, après une alcalinisation des urines (un traitement oral par bicarbonate la veille et le jour du prélèvement est nécessaire pour assurer une bonne survie des spermatozoïdes).
Milieux de Congélation
Ils sont congelés dans un milieu adapté pour leur assurer la meilleure qualité de conservation et éviter la formation de cristaux de glace trop nombreux ou trop volumineux. Le milieu de congélation est ajouté à température ambiante et progres- sivement aux spermatozoïdes afin de réduire les chocs osmotiques et mécaniques liés à la déshydratation cellulaire.
Les spermatozoïdes sont conservés dans des contenants appelés des paillettes identifiées au préalable et qui sont soudées aux deux extrémités. La congélation est réalisée par une descente en température lente et contrôlée. Cette étape peut être programmée à l’aide un congélateur automatique contrôlé par ordinateur ou réalisée par une descente progressive dans les vapeurs de l’azote liquide.
Importance des Cryoprotecteurs
Un cryoprotecteur est une substance ajoutée avant congélation pour éviter la formation de cristaux à l'intérieur de la cellule et ainsi empêcher les dommages liés à la descente en température. Le cocktail de cryoprotecteurs choisis diffère selon le matériel biologique à cryoconserver, l’espèce du donneur et la méthode de cryoconservation utilisée.
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Types de Cryoprotecteurs
- Cryoprotecteurs Pénétrants : Ces solvants, dérivés d'alcools, entrent dans les cellules pour réduire la déshydratation et l'apparition de cristaux de glace. Ils incluent le DMSO (Diméthylsulfoxyde), le glycérol, l'éthylène glycol et le propanediol.
- Cryoprotecteurs Non Pénétrants : Ces solvants, comme le dextran, le lactose, le polyéthylène glycol, la polyvinylpyrrolidone et le saccharose, ne rentrent pas dans les cellules mais permettent la déshydratation intracellulaire et protègent la membrane plasmique.
Formation de Glace et Vitrification
La congélation des ovocytes est complexe car leur contenu en eau est très important. En gelant, l’eau prend du volume et se cristallise, créant des altérations irréversibles des ovocytes. La mise au point d’un nouveau procédé de congélation ultrarapide, la vitrification, permet de lever cet obstacle en empêchant la formation des cristaux de glace.
Vitrification : Une Technique Avancée
En effet, la vitrification est un processus physique au cours duquel un liquide passe à un état solide, dit « vitreux », sans la formation de cristaux de glace. Cette transformation est permise par la combinaison de deux paramètres : l’utilisation de milieux cryoprotecteurs à concentration élevée permettant une déshydratation cellulaire maximale, et l’application d’une descente en température ultrarapide.
La question fondamentale dans toutes les méthodes de vitrification est d’atteindre et de maintenir des conditions à l’intérieur et à l’extérieur des cellules qui garantissent un état vitreux tout au long du refroidissement, ainsi que pendant le processus de réchauffement. Avant de refroidir des gamètes ou des embryons jusqu’à −196 °C dans de l’azote liquide, le compartiment intracellulaire doit être préparé pour permettre l’obtention et le maintien d’un état intracellulaire vitreux. Indépendamment du protocole utilisé pour la cryoconservation, le dénominateur commun pour la survie cellulaire après cryoconservation est l’obtention d’un état vitreux colloïdal intracellulaire.
Utilisation des Gamètes Cryoconservés
Si le(ou la) patient(e) a un projet parental, les gamètes congelés peuvent être utilisés si sa fertilité est altérée ou si le projet parental est trop proche d’un traitement potentiellement tératogène ou génotoxique. Les gamètes ne sont utilisés qu’après accord de la personne les ayant conservés, et de son vivant. Il n’existe pas de critères prédictifs de récupération de la fertilité, qui dépend à la fois de la pathologie, du traitement et de la personne elle-même.
Assistance Médicale à la Procréation (AMP)
Les gamètes autoconservés sont décongelés et utilisés en AMP après la demande du couple et l’accord d’une équipe multidisciplinaire. Pour les spermatozoïdes, la technique d’AMP utilisée est choisie en fonction de la qualité des spermatozoïdes conservés et notamment au nombre de spermatozoïdes mobiles et du bilan de fertilité de la conjointe.
Lorsque le nombre de spermatozoïdes mobiles le permet et qu’il n’y a aucune contre-indication féminine, l’insémination intra-utérine est la technique la plus simple et la moins invasive. Dans le cas contraire, la fécondation in vitro classique ou avec injection de spermatozoïdes (ICSI) peut être utilisée quel que soit le nombre de spermatozoïdes disponible. Après fécondation, le ou les embryons obtenus après culture in vitro sont transférés dans l’utérus (dans la grande majorité, pas plus de 2 embryons sont transférés).
Suivi et Devenir des Gamètes
Le CECOS qui conserve les gamètes interroge chaque année les patients concernés sur leurs souhaits de poursuivre la conservation. La personne peut renoncer à l’autoconservation en consentant soit au don de gamètes, soit au don pour la recherche, ou en demandant l’arrêt de la conservation.
Les gamètes sont conservés dans des cuves d’azote sous surveillance permanente à l’aide de sondes mesurant la température et/ou le niveau d’azote. Les gamètes pourront être utilisés en AMP par le(ou la) patient(e) après son consentement, et de son vivant. Si le(ou la) patient(e) demande à utiliser un centre d’AMP situé à l’étranger, une autorisation de l’Agence de la biomédecine est requise.
Innovations Techniques Récentes
Les plateformes régionales de préservation de la fertilité assurent la coordination entre les équipes d’oncologie et les centres d’étude et de conservation des œufs et du sperme humains (CECOS) pour la mise en œuvre de cette préservation. Pour les hommes, la congélation des spermatozoïdes est réalisée par une descente en température lente et contrôlée. Pour les femmes, la cryoconservation des ovocytes se fait par vitrification après stimulation hormonale et ponction ovarienne. Dans les deux cas, les gamètes sont conservés dans des paillettes qui sont stockées dans une cuve d’azote liquide jusqu’à utilisation en assistance médicale à la procréation (AMP).
Le CECOS conservant les gamètes interroge chaque année par courrier les patients concernés sur leur souhait de poursuivre, ou non, la cryoconservation. Les gamètes pourront être utilisés en AMP par les patients de leur vivant et après leur consentement, sans altération liée à la durée de stockage.
Les avancées en cryoconservation de 2024-2025 révolutionnent littéralement ce domaine. La principale innovation concerne les nouveaux cryoprotecteurs dérivés de protéines végétales. Des recherches récentes montrent que certaines protéines de blé offrent une protection cellulaire supérieure aux cryoprotecteurs traditionnels. Ces molécules naturelles réduisent la toxicité tout en améliorant les taux de survie post-décongélation.
Alternatives à la Cryoconservation
Plusieurs alternatives à la cryoconservation classique existent selon votre situation. Pour les hommes avec une azoospermie, la biopsie testiculaire permet parfois de récupérer des spermatozoïdes directement dans les tubes séminifères. Ces gamètes peuvent ensuite être cryoconservés pour une utilisation future en ICSI (injection intracytoplasmique). Cette approche ouvre des perspectives même dans les cas les plus complexes.
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