La fécondation, point de départ de la vie, est un processus complexe et fascinant qui marque le début du développement d'un nouvel être. C'est à partir de la fécondation que la vie de notre futur bébé débute. Ce "miracle" est le fruit de la rencontre entre un spermatozoïde et un ovule. Cet article explore en détail les étapes de ce processus, les mécanismes impliqués, et les techniques d'assistance médicale à la procréation (PMA) qui peuvent intervenir lorsque la fécondation naturelle est compromise.
Le Contexte de la Fécondation Naturelle
La fécondation a lieu quand un spermatozoïde rencontre un ovule. Pour que la fécondation ait lieu naturellement, il faut qu'il y ait eu un rapport sexuel dans les 24 à 48 heures autour de l'ovulation. La durée de survie d'un spermatozoïde est de 72 heures en moyenne. Sachant que l'ovule ne reste fécondable que de 12 à 24 heures après une ovulation, la probabilité de concevoir un enfant sur un cycle menstruel de 28 jours est donc assez faible. Il est donc particulièrement important, lorsqu'on est en plein projet bébé, de bien connaître son cycle menstruel, et ce d'autant plus s'il est irrégulier.
Voyage du Spermatozoïde : Un Parcours Semé d'Embûches
Lors d’une relation sexuelle avec pénétration du vagin par le pénis, le vagin va recueillir des millions de spermatozoïdes. Constitués d’une tête et d’un flagelle, ils vont tenter de survivre et tracer leur voie jusqu’à l’ovule pour le féconder. En traversant la glaire cervicale, 50 % des spermatozoïdes sont en effet éliminés, notamment ceux qui ont des anomalies morphologiques (absence de tête, de flagelle, pas assez rapides…). Les autres poursuivent leur chemin. Puis la course contre la montre se poursuit ! Alors que l’ovule a été expulsé de l’ovaire et glisse dans l’une des trompes de Fallope, les spermatozoïdes - désormais dans l’utérus - vont remonter jusqu’à la trompe où se « cache » l’ovule. Aux 2/3 de la trompe de Fallope environ, les spermatozoïdes rejoignent l’ovule. Un seul sera l’heureux élu : celui qui va réussir le premier à traverser l’enveloppe protégeant l’ovule et à s’y introduire. C’est ça, la fécondation ! La grande et merveilleuse aventure de la vie peut alors commencer, même s'il est impossible de le sentir ou de le savoir dès le lendemain !
Après le rapport sexuel et l'éjaculation, quelques centaines de millions de spermatozoïdes contenus dans le liquide séminal vont entrer en compétition les uns avec les autres pour se frayer un chemin dans l'utérus et vers l'ovule. Rappelons que des spermatozoïdes peuvent rester mobiles voire fécondants jusqu’à 5 jours en période pré-ovulatoire.
Pour arriver jusqu’à la trompe utérine où aura lieu la fécondation, les spermatozoïdes ont un long voyage à parcourir : ils vont tenter de survivre et d’arriver jusqu’à l’ovule pour le féconder. Le trajet qui va du vagin aux trompes de Fallope - où patiente l’ovule - mesure environ 10 à 12 cm de long. À l’échelle de leur taille, ça fait des centaines de kilomètres.
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Pour cela, la première étape est la traversée de la glaire cervicale. Lors du passage de la glaire cervicale, 50 % des spermatozoïdes sont éliminés. Il s’agit en particulier de ceux qui sont malformés et donc incapables de féconder un ovule. Les spermatozoïdes remontent ensuite l’utérus jusqu’à la trompe de Fallope. Pendant ce temps, l’ovocyte libéré par un follicule mature migre dans la trompe. L’ovule tombe dans le liquide péritonéal et est aspiré par la trompe.
Un seul spermatozoïde va réussir à pénétrer l’ovule, fermant définitivement le passage aux spermatozoïdes qui le suivent. En effet, la membrane pellucide qui entoure la cellule féminine se fige et verrouille, empêchant toute nouvelle pénétration. Après pénétration du spermatozoïde dans l’ovocyte, la fusion de leurs noyaux forme le zygote, une cellule œuf.
Préparation des Gamètes : Capacitation et Réaction Acrosomiale
Un spermatozoïde éjaculé ne pourra pas directement féconder un ovocyte. Des modifications induites par les voies génitales femelles (utérus et surtout oviducte) doivent avoir lieu. C’est la capacitation. Les propriétés membranaires sont alors modifiées avec une perte de cholestérol membranaire et une concentration à l’avant de l’acrosome des radeaux lipidiques membranaires importants pour la fécondation. Il y a hyperactivation de la nage liée à une entrée de Ca2+ dans le cytoplasme qui aboutit à la phosphorylation et à l’activation des dynéines flagellaires. Des récepteurs spermatiques sont démasqués (perte des glycosides de surface ajoutés dans l’épididyme qui bloquent les récepteurs aux protéines de la zone pellucide de l’ovocyte). Les microfilaments d’actine sont réorganisés ce qui est essentiel pour la future réaction acrosomiale.
La réaction acrosomiale est une exocytose dépendant du Ca2+ qui permet au spermatozoïde d’excréter le contenu de son acrosome. Dans les modèles classiques, elle était dépendante de l’interaction avec la zone pellucide. Il semble cependant que la réaction acrosomiale puisse avoir lieu avant, indépendamment de la zone pellucide. Cette réaction libère des enzymes notamment la hyaluronidase qui permet au spermatozoïde de se frayer un chemin à travers la corona radiata et la zone pellucide. Une autre enzyme libérée par la réaction acrosomiale, l’acrosine, joue un rôle plus controversé. Des réactions acrosomiales trop précoces peuvent aboutir à de l’infertilité. Son déclenchement est donc étroitement régulé.
Chimiotaxie et Thermotaxie : Guidage du Spermatozoïde
C’est au sein de l’oviducte que la nage flagellaire devient cruciale. Les spermatozoïdes ont besoin de mécanismes de navigation pour nager dans la bonne direction. Ces mécanismes de navigation reposent sur des signaux biochimiques et biophysiques externes. Les spermatozoïdes sont guidés par un gradient de température (thermocline de 2°C) le long de l’oviducte (de l’entrée à la région appelée ampoule où a lieu la fécondation). Les spermatozoïdes capacités sont très sensibles aux variations de température et ils sont capables de détecter un gradient de 0,014°C par millimètre ! Sur la membrane plasmique du spermatozoïde, un canal calcique activable par la progestérone appelé CatSper stimule la nage flagellaire. Sachant que les cellules de la corona radiata entourant l’ovocyte sécrètent de la progestérone, cela permet d’expliquer la chémoattraction des spermatozoïdes. Les cellules entourant l’ovocyte sécrètent également la protéine CRISP1 qui se lie aussi à CatSper. Il modulerait la nage des spermatozoïdes à proximité du l’ovocyte et des cellules environnantes pour la rendre plus efficace. Seuls 200 spermatozoïdes environ finiront par atteindre l’ovocyte.
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Reconnaissance et Fusion des Membranes : IZUMO et JUNO
La fusion des membranes plasmiques des 2 gamètes est initiée par l’interaction de IZUMO sur la membrane plasmique du spermatozoïde et de JUNO sur celle de l’ovocyte. Les souris mâles déficientes en Izumo (mais pas les souris femelles) sont stériles car le sperme dépourvu d’Izumo ne peut pas fusionner avec les ovules. La zone pellucide des ovocytes Juno−/− est pénétrée in vivo par des spermatozoïdes de type sauvage, mais ceux-ci ne fusionnent pas avec l’ovocyte muté. Juno devient rapidement indétectable de la surface cellulaire après la fécondation.
Blocage de la Polyspermie et Activation de l'Ovocyte
Chez les amphibiens, l’arrivée du spermatozoïde se fait toujours par l’hémisphère animal. Elle entraîne un blocage de la polyspermie rapide sous la forme d’une dépolarisation membranaire. Une augmentation de la concentration du Ca2+ cytoplasmique provoque l’exocytose des granules corticaux. Les mucopolysaccharides des granules corticaux provoquent un appel d’eau dont l’afflux génère un espace entre la membrane plasmique et l’enveloppe vitelline.
Fécondation In Vitro (FIV) et ICSI : Assistance Médicale à la Procréation
La fécondation in vitro (FIV) est une technique de procréation médicalement assistée (PMA) où la fécondation se passe en dehors du corps de la femme.
La FIV ICSI est une technique où l’on va choisir un seul spermatozoïde pour l’injecter en laboratoire dans un ovocyte et essayer d’avoir un embryon pour ensuite le replacer dans l’utérus de la femme.
La procédure de fécondation in vitro débute par l'hyper stimulation de la femme à l'aide de FSH injectable à haute dose, afin de lui permettre de sécréter un grand nombre de follicules. Une fois ces follicules arrivés à maturité, on déclenche l'ovulation avec une injection d'hormone LH. Puis, les ovocytes contenus dans les follicules sont ponctionnés sous contrôle échographique, juste avant l'ovulation. L'opération se déroule souvent sous anesthésie générale et dure une vingtaine de minutes. Le même jour, l'homme effectue un prélèvement de sperme, qui est récupéré et placé dans une petite boite, avec les ovules ponctionnés de la femme. Le résultat de la fécondation s'observe à peu près vingt heures plus tard. Le taux de réussite par embryon est de l'ordre de 15% à 20%.
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ICSI : Injection Intra-Cytoplasmique de Spermatozoïdes
La fécondation in vitro avec ICSI (Intra Cytoplasmic Sperm Injection) consiste en l’injection d’un seul spermatozoïde dans l’ovocyte. La couronne de cellules qui entoure l’ovocyte est enlevée pour visualiser l’endroit où va se faire la micro-injection : c’est la « décoronisation ». La capacité des ovocytes à être fécondés est évaluée de manière plus précise. Seuls les ovocytes matures seront micro-injectés. Pour chacun des ovocytes, un spermatozoïde est sélectionné. Sous contrôle d’un microscope, le biologiste maintient l’ovocyte avec une micropipette et, avec une autre micropipette, aspire le spermatozoïde sélectionné puis l’injecte à l’intérieur de l’ovocyte. Cette micro-injection est renouvelée pour chaque ovocyte fécondable. Les ovocytes sont ensuite remis dans une boîte de culture dans l’incubateur à 37° C pour les étapes suivantes.
Si le sperme ne contient pas de spermatozoïdes (azoospermie) et selon la cause de l’azoospermie, des spermatozoïdes peuvent être prélevés chirurgicalement dans les voies génitales masculines ou dans le testicule. Le prélèvement chirurgical peut avoir lieu le jour de la ponction (ICSI synchrone) ou préalablement à la ponction. Les spermatozoïdes sont alors congelés.
Étapes Post-Fécondation in Vitro
Le lendemain de la ponction, les ovocytes fécondés (ou zygotes) sont identifiables par la présence de 2 noyaux, appelés pronucleï : l’un provient de l’ovocyte, l’autre du spermatozoïde. Tous les ovocytes ne sont pas forcément fécondés. Les zygotes deviennent des embryons de deux à quatre cellules en 24 heures, puis de six à huit cellules 24 heures plus tard. Dans la majorité des cas, les embryons sont transférés deux à trois jours après la ponction dans l’utérus. Le transfert embryonnaire est un geste simple et indolore qui est parfois pratiqué sous contrôle échographique. Il est réalisé au moyen d’un cathéter fin et souple introduit par voie vaginale dans l’utérus, la patiente étant allongée en position gynécologique. L’embryon est déposé à l’intérieur de l’utérus.
Le nombre d’embryons obtenus peut être supérieur au nombre d’embryons transférés. Dans ce cas, les embryons non transférés dits « surnuméraires » et qui présentent des critères de développement satisfaisants peuvent être congelés. Ces embryons, après décongélation, pourront être placés dans l’utérus.
Risques et Considérations
Des effets indésirables peuvent survenir en cours de traitement. On observe généralement un taux légèrement plus élevé de poids de naissance inférieur à la normale et de naissances prématurées chez les enfants conçus par FIV. Les complications liées au geste chirurgical de ponction (hémorragie, infection, problème anesthésique…) sont rarissimes. Celles qui sont liées à une réponse excessive à la stimulation ovarienne, appelée hyperstimulation, sont également rares. Elles se traduisent par un gonflement et des douleurs abdominales, une prise de poids brutale, des troubles digestifs et parfois une gêne respiratoire. Concernant les risques de cancer, aucune donnée ne permet aujourd’hui de mettre en cause les traitements liés à l’Assistance Médicale à la Procréation.
Comprendre l'Infertilité et les Alternatives
En France, environ un couple sur huit consulte en raison de difficultés qu'il rencontre à concevoir un enfant. On parle d’infertilité lorsqu'il n'y a pas de grossesse malgré des rapports sexuels non protégés pendant une période d’au moins 12 mois. Cependant, de plus en plus de couples rencontrent des difficultés à procréer, et doivent avoir recours à la procréation médicalement assistée.
Quatre causes fréquentes d’infertilité sont souvent associées :
- Un trouble de l’ovulation
- Un blocage des trompes
- Un sperme anormal
- Un âge maternel avancé
De plus, dans 15% des cas, tous les examens sont normaux : on parle alors d’infertilité inexpliquée.
Dans le cas où vos ovocytes ou vos spermatozoïdes ne seraient pas utilisables, votre médecin peut vous orienter vers le don de gamètes.
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