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FERTILIZAÇÃO IN VITRO EM BOVINOS Histórico: • O procedimento foi desenvolvido pelo britânico Robert Edwards, que em 1969 conseguiu realizar a primeira fertilização de um óvulo humano em um tubo de ensaio. • A primeira criança “bebê de proveta”, Louise Brown, nasceu em 1978. • Robert Edwards foi o vencedor do Prêmio Nobel de Medicina de 2010 por suas pesquisas sobre a FIV. • Foi relatado em 1987 o primeiro nascimento de um bezerro totalmente produzido in vitro desde a maturação até o cultivo do embrião. Coleta de Oócitos: - A coleta do oócito pode ser feita de duas formas, primeiramente ela é feita in vivo, quando se faz isto diretamente no animal a nível comercial principalmente, e in vitro somente em pesquisa, onde isto somente é feito de ovários colhidos em matadouros para poder ser utilizado em pesquisas. Então no dia a dia ou comercialmente esta coleta dos oócitos é feito in vivo. A coleta in vivo pode ser feita pela OPU que é uma aspiração transvaginal guiado por ultrassom, assim, por uma guia de ultrassom apropriada coloca-se no fundo de vagina, palpamos a vaca, o primeiro ovário que se vai aspirar assim, pelo reto traciona o ovário trazendo-o para trás e ficar mais próximo do fundo de vagina e com a probe intravaginal posicionamos o ovário na imagem, onde introduzimos uma agulha no ovário que será aspirado, aspiramos o liquido folicular para tentar capturar o oócito. Então esta aspiração transvaginal guiada por US é o que mais se usa hoje para fazer a coleta dos oócitos. Antigamente usava-se a aspiração folicular cirúrgica, onde é feita uma incisão no flanco, traciona o ovário para fora da cavidade e aspira os folículos que contém no ovário, e depois sutura o animal. E existe também a aspiração transcutânea pelo flanco que também não se usa mais, por ser pouco pratica, onde é palpado o ovário, pega-se o ovário que vai ser aspirado, posiciona ele lateralmente próximo ao flanco, e outra pessoa pelo flanco entra com a agulha e aspira os folículos contidos neste ovário. Mas hoje em dia, o resultado é melhor e mais prático fazendo a aspiração guiada por ultrassonografia (OPU), principalmente por conseguir ver o que esta fazendo através das imagens ultrassonográficas. A coleta dos oócitos em vitro é mais usado em pesquisa, onde pode ser feita a aspiração folicular diretamente, onde se pega o ovário no laboratório (folículos da vaca fica na região cortical, na parte externa do ovário), e aspiramos folículo por folículo com seringa e agulha. Outra técnica utilizada é a do fatiamento (slicing), onde fatiamos o ovário e depois resuspendemos com um liquido e neste liquido procuramos os oócitos em uma placa. E a técnica de scraping é uma técnica onde separamos, retirando os folículos dos ovários para depois fazer a aspiração. Aspiração Folicular Guiada por Ultrasonografia: • Também chamada de Ovum pick- up (OPU). • Técnica utilizada para recuperar os gametas femininos imaturos (oócitos) diretamente dos ovários (doadoras) com o auxílio de um ultrasom com uma guia de aspiração transvaginal, acoplado a uma bomba de vácuo. - A mais utilizada a nível de campo é a OPU. Podemos aspirar a vaca em qualquer fase do ciclo pois vamos fazer a maturação dos oócitos que fisiologicamente na fêmea aconteceria nos folículos e vamos fazer isto no laboratório in vitro. PIV (Produção in vitro): • Oócitos recuperados são avaliados em lupas e encaminhados ao laboratório para os processos de maturação in vitro (MIV), fertilização in vitro (FIV) e cultivo in vitro (CIV). • A técnica de OPU-FIV-TE corresponde à terceira geração das biotecnologias da reprodução em bovinos. - O nome correto da biotecnologia completa é PIV – produção in vitro de embriões, onde a primeira fase é a aspiração dos oócitos, depois tem as fases dentro do laboratório onde é feita a maturação destes oócitos, a fertilização in vitro e depois o cultivo destes embriões (no bovino em média até 6-7 dias)para depois ser transferido para as receptoras, assim, todo este processo é chamado de PIV. Então neste processo da produção in vitro, os oócitos são recuperados através da aspiração folicular, eles são colocados em placas, os oócitos vão ser localizados em placas e depois avaliados em lupas, levados até o laboratório para maturação até chegarem no ponto de fertilização (mimetizando o que acontece dentro do folículo), o próximo passo é a fertilização em vitro (colocação dos sptz junto com os oócitos, para que ocorra a fertilização - fiv), e os embriões formados vão ser colocados em uma outra placa onde será feito o cultivo in vitro, mimetizando o que acontece inicialmente na tuba uterina da vaca e depois posteriormente (depois de 4- 5 dias), no útero. Então o cultivo dura de 5-6 dias, e depois são classificados, e os embriões que estiverem bons vão ser transferidos para o útero de receptoras, para ter a chance delas ficarem prenhas e levarem esta gestação até o final. Portanto, a técnica de produção in vitro engloba aspiração folicular, fertilização in vitro e a transferência de embrião para as receptoras. É a terceira geração de biotecnologias para os bovinos. PIV (Produção in vitro): 1-Coleta de ovócitos: in vivo através de aspiração transvaginal. Depois estes oócitos são classificados e levados ao laboratório. 2-Maturação in vitro: os oócitos no laboratório são colocados em placas, em meios de cultivo apropriados, mimetizando o que acontece no liquido folicular (no folículo pré ovulatório)e vão ser colocados em estufas de cultura. Estes oócitos vão ser maturados em média 24 horas, depois disso eles vão ser classificados novamente para ver quais tiveram uma boa maturação. 3-Fertilização in vitro: os oócitos que tiveram boa maturação e de imaturos se tornaram maduros, vão ser mudados de placa, são colocados em outras placas com outros meios, onde vai ser acrescentado uma quantia calculada de espermatozóides conforme a quantidade de oócitos e deixamos em média 18 horas para que ocorra a fertilização. Este processo é a FIV onde os sptz vão fazer o processo de fertilização dentro da placa de cultivo. 4-Cultivo em vitro- CIV: Depois deste tempo, os embriões vão ser classificados em estagio inicial de desenvolvimento e todas as estruturas fertilizadas vão ser passadas para outra placa, será mudado o meio e será feito o cultivo em vitro, que seria uma fase que vai durar em média de 6-7 dias (lembrar que no bovino não pode passar de 7 dias, pois com 8 dias tem risco dos embriões começarem a eclodir e se isto acontecer não conseguimos mais transferir ele). Então depois dessa fase de cultivo in vitro, estes embriões vão ser classificados e os com bom desempenho vão ser transferidos para receptoras que foram sincronizadas para receber o embrião no dia da transferência. Vantagens e aplicações da PIV: - Atraves da PIV é possível um maior número de descendentes gerados por período de tempo – desta maneira uma vaca pode ser aspirada o ano inteiro, e toda vez que for aspirar, será aspirado todos os folículos contidos nos dois ovários, então se tem um número de oócitos para fertilizar e depois de embriões para transferir muito maiores do que se fosse uma técnica de transferência de embrião. Na transferência de embrião em bovinos não se usa mais praticamente, porque a PIV é muito mais vantajosa e mais barata, com um numero muito maior de embriões produzidos. Mas quando se usava a transferência de embriões em bovinos, para se conseguir um número grande de embriões era feito uma superovulação com FSH, então essas vacas recebiam doses altas hormonais, assim, para poder ter vários folículos, varias ovulações e consequentemente uma produção embrionária satisfatória paraconseguir transferir vários embriões. Só que as vacas superovuladas com dose alta de hormônio não podia ser feito transferências a todo momento, não podia deixar diminuir estas taxas hormonais para não desbalancear a vaca. Desta maneira a transferência de embrião era feita a cada 60 dias e no máximo duas transferências de embriões, e na terceira a vaca emprenhava e levar uma gestação. E depois que parir voltar novamente para este processo. E quando se retirava esta vaca do programa de transferência de embriões, esta vaca acabava possuindo diversos problemas de fertilização e muitas delas não emprenhavam mais, justamente pelo uso de grande quantidade de hormônios utilizados. Hoje em dia com a fertilização in vitro não tem necessidade de usar hormônios pois se aspira todos os oócitos, mesmo dos folículos imaturos e faz a maturação em laboratório. Desta maneira, tem as vacas por muito mais tempo na reprodução e além disso ela não precisa ser feita a cada 60 dias e depois parar para emprenhar, desta maneira, pode ser feita várias aspirações o ano todo, a cada 15 dias ou 30 dias, conseguindo um número muito maior de descendentes no final do ano gerados em um curto período de tempo. - Utilização de matrizes com problemas reprodutivos adquiridos – principalmente problemas uterinos, cérvix, desta forma não tem mais preocupação com isto, pois os oócitos vão ser aspirados dos ovários e todo o restante será feito no laboratório. - Fêmeas que não respondem à superovulação. - Uma dose de sêmen fertiliza os oócitos de várias doadoras – então além disso consegue-se uma economia na dose de sêmen congelado. Então alguns semens de touro com preço alto, assim com a PIV consegue com pouca quantidade de sêmen e com uma palheta de sêmen fazer a fertilização de várias doadoras, conseguindo uma economia grande do sêmen utilizado. - Utilização de sêmen sexado com bons resultados – sabe-se que o sêmen sexado tem uma fertilidade menor do que o convencional, pois cada processo feito com o sêmen diminui sua fertilidade. E este sêmen é sexado e depois congelado, então ele tem uma fertilidade menor que o sêmen que somente foi congelado convencionalmente. Assim na PIV consegue aproveitar melhor o sêmen com índices melhores de fertilidade. - Possibilidade de trabalhar com vacas gestantes – como não mexe no útero desta vaca, mesmo ela gestante e com corpo lúteo no ovário, podemos aspirar os outros folículos que estão nos dois ovários, sendo possível fazer produtos desta vaca. - Praticidade de execução – na aspiração dos oócitos. - Não utilização de estímulos hormonais – pensando na longevidade reprodutiva da vaca. - Utilização de fêmeas impúberes – ou seja, que não atingiram a puberdade ainda ou não atingiram a maturidade sexual. Então a partir do momento que essas fêmeas tem os folículos, elas nem precisam estar ciclando ainda, é possível aspirar estes oocitos que ainda estão imaturos, que não tiveram crescimento e nem ovulação e conseguimos maturar em laboratório e fazer produto destas fêmeas. Isto é feito em animais geneticamente superiores que compense fazer isto. - Utilização de fêmeas em pós-parto recente (30 dias) – na fase de puerpério, que a fêmea demora 30 dias para ter uma involução uterina, e neste período fisiologicamente não consegue emprenhar esta vaca. Então através da aspiração, como não vamos mexer no útero, a vaca pariu então podemos aspirar ela sem problemas, não precisando esperar 30 dias, tendo uma eficiência maior. - Ao aspirar o folículo, o oócito vai para um tubo de ensaio contendo EDTA, porque sempre vem um pouco de sangue, assim evita dele coagular e atrapalhar a avaliação/ procura dos oócitos. Desvantagens da PIV: - Menores taxas de gestações (35-40%)- mas devemos lembrar que como é feito um número maior de embriões e transferências , no final vamos ter um número maior de produtos. - Embriões FIV são pouco resistentes ao congelamento (15% de prenhez) – assim é ideal que ao transferir já tenha as receptoras no dia do final do cultivo, porque se congelarmos ele a taxa de prenhez cai. Colheita de oócitos in vitro: - Na técnica de Scraping é feita a individualização de cada folículo, divulsionando cada folículo do ovário e depois eles vão ser abertos na placa de Petri. Não é muito utilizado mais, técnica demorada e difícil de ser feita, usada somente em eqüino. - Outra técnica seria o fatiamento de toda a superfície do ovário, que é mais utilizada em bovinos. Onde ovário é fatiado pelo bisturi, coloca em um meio na placa, e estes oócitos vão ficar submersos neste liquido. - E o método mais utilizado é a aspiração do conteúdo do folículo com seringa e agulha, principalmente em bovinos, ovinos e suínos onde os folículos ficam na região externa e conseguimos visualiza-los fora do ovário. Não tem contaminação. Utilizado em todas as espécies. Classificação dos oócitos: - Depois da separação, é feita a classificação dos oócitos aspirados, onde somente vamos levar para frente e levar para o laboratório para ser maturado, fertilizado os oócitos de boa qualidade. Então vamos classificar estes oócitos de acordo com a sua morfologia, primeiramente na placa vamos colocar os oócitos em gotas com um meio próprio para melhorar a qualidade deles, assim, analisamos um por um. Na imagem observamos vários oócitos com células da granulosa em volta, também chamadas de células do cumulus, que no momento da ovulação elas saem envolvendo os oócitos, fazendo papel de proteção. Primeiramente vamos classifica-los através da quantidade de camadas de células do cumulus, pois, quanto maior o numero de camadas melhor a qualidade do oócito, devendo ter no mínimo de 2-3 camadas para ter uma boa qualidade. Depois vamos ver grau de captação de células do cumulus, pois quanto mais compactadas as células melhor. Vemos a homogeneidade do citoplasma, que no interior do oócito deve estar homogêneo, e se há presença de grânulos citoplasmáticos. Grau I → + 3 camadas de células do Cumulus bem compactadas. Grau II → 3, 2, 1 camada de célula. Grau III → Cumulus parcialmente expandido – células estão se soltando/ não estão muito compactadas. Grau IV → Cumulus expandido, sinais de degeneração – normalmente não utilizados. - A classificação dos oócitos vai influenciar diretamente na qualidade do embrião, portanto, todos os processos dependem da qualidade desse oócito. Onde ele vai influenciar na qualidade embrionária e na viabilidade até depois do descongelamento como em pesquisar. Mas na PIV comercial eles não são congelados. Assim, vamos classificar de acordo com as camadas em graus. Geralmente utilizamos grau I e grau II. Maturação de oócitos: - Depois que os oócitos chegam no laboratório, a primeira fase vai ser maturar. Devemos lembrar que todo esse procedimento in vitro devemos mimetizar o que acontece dentro do organismo da fêmea, por isso é importante conhecer a fisiologia e a endocrinologia das fêmeas. Então esta maturação tem que mimetizar o que ocorre dentro do folículo pré ovulatório em fase de maturação. Nesta fase de maturação primeiramente tem o crescimento do oócito, capacitação do oócito para que ele possa ser fertilizado, uma maturação que também faz parte da capacitação e no final haverá a ativação do oócito, ficando pronto para ter contato com o espermatozoide e ser fertilizado. Todo este processo ocorre dentro do liquido folicular, em um folículo pré ovulatório em fase de maturação. • O nome “maturação” se deve pelo estágio em que os oócitos se encontram, e a necessidade de completarem seu desenvolvimento para tornarem-se aptos à fertilização pelo espermatozóide, uma vez queforam retirados do ovário e não ovulados naturalmente. O processo de maturação envolve modificações no núcleo e no citoplasma do oócito e dependem de um meio de cultura específico (mimetizando o que acontece dentro do liquido folicular), bem como condições ótimas de temperatura, umidade e atmosfera gasosa, ajustados e mantidos pela incubadora. - Processo de maturação = serem aptos a passar pelo processo de fertilização. - Deve ser usado meios de cultura diferentes. Os hormônios presentes na fase de folículo pré ovulatorio são estrógeno porque o folículo esta grande, inibina que vai fazer o bloqueio seletivo e o aumento de LH, então o meio de cultura deve conter estes hormônios – o meio de cultura deve ser enriquecido com estrógeno, inibina e LH. Existem vários métodos diferentes que podem ser utilizados e que já foram testados durante a maturação in vitro (MIV) em bovinos, sendo que a grande maioria dos laboratórios tem optado pela suplementação do meio de maturação com soro fetal bovino (SFB) e gonadotrofinas (FSH, LH e estradiol) em condições controladas de atmosfera gasosa e temperatura. Após o tempo de incubação da MIV, os oócitos completam a maturação com a extrusão do primeiro corpúsculo polar e estando prontos para a fecundação. - A maioria dos laboratórios usa como meio de cultura o soro fetal bovino, associando as gonadotrofinas FSH, LH e o estradiol e também a inibina. Em condições controladas de atmosfera gasosa e temperatura regulada na encubadora. Após o período de incubação eles completam a maturação, liberando o primeiro corpúsculo polar , assim eles estão maduros e prontos para a fertilização. Maturação de citoplasma: Junções GAP e Cumulus expandido • Mitocôndrias e complexo de Golgi migram para periferia. • Expansão das céls do cumulus e modificações das junções de GAP. • Microtúbulos e microfilamentos são organizados. - Nesta fase de maturação do citoplasma e do núcleo, temos as modificações nas junções GAP, vai ocorrer a expansão das células do cumulus, as mitocôndrias e os complexos de golgi irão migrar para a periferia, os microtubulos e os microfilamentos vão se organizando nesta fase. Maturação in vitro de oócitos: - Porque os ovinos ficam de 20 a 24 h de incubação até maturar? Porque é o tempo que a vaca fica no cio até ela ovular. Assim, mimetizando o que ocorre na fisiologia. Fertilização in vitro: - Depois de passar as 24 horas no caso dos bovinos de maturação, deve ser feita uma nova classificação dos oócitos para vermos os que realmente maturaram. E só vamos passar para outra placa onde vamos colocar os espermatozóides e fazer a FIV, somente os oócitos que tiveram uma boa maturação. O que é fertilização in vitro? • Promoção do encontro do ovócito II com o sptz fora do organismo feminino. • Normalmente esse encontro aconteceria na tuba uterina – desta maneira temos que mimetizar o que acontece de forma fisiológica. • Assim, deve ser feita uma grande comparação com a monta natural – então se a fertilização acontece na tuba uterina, assim este meio de fertilização deve conter substâncias que mimetizam a constituição dos nutrientes que contém na tuba uterina nesta fase de fertilização. Modalidades de FIV: • FIV convencional. • ICSI (intra cytoplasmic sperm injection). - A FIV pode ser feita de duas formas, a convencional que é mais utilizada em bovinos e a ICSI que é pouco utilizada em bovinos e veremos posteriormente. Na FIV convencional, tanto os oócitos já maturados e espermatozóides, vão ser colocados em placas de petri, vão ser mantidos em estufa, com controle de umidade e temperatura, em meio adequado mimetizando os nutrientes de tuba uterina onde vai ocorrer a fertilização. A ICSI é uma injeção espermática intracitoplasmática, é uma técnica utilizada quando normalmente se tem um sêmen ruim ou que não tem uma disponibilidade muito grande, onde é colocado um único espermatozoide (uma palheta pode ser fracionada de 10 até 16 fragmentos), e o espermatozoide selecionado é colocado dentro do oócito. FIV convencional: Os espermatozóides são colocados junto aos ovócitos em um ambiente que simula as trompas. • Retirada dos ovócitos (aspiração transvaginal por ultrasom; • Descongelação do sêmen e seleção de espermatozóides; • Espermatozóides colocados junto aos ovócitos. - Então depois dos oócitos retirados, e maturados, fazemos a descongelação do sêmen e a seleção espermática, e os melhores colocados numa placa junto com os ovócitos para ser feita a fertilização. Fertilização in vitro: ⚫ Após o final do processo de maturação, os oócitos são transferidos para uma nova placa contendo o meio de fertilização específico onde serão co-cultivados com os espermatozóides durante um período determinado. ⚫ A Fertilização pode ser feita com uma concentração de espermatozóides (vários espermatozóides serão colocados juntos ao oócito), ou com apenas um espermatozóide, que será desflagelado e colocado no interior do oócito. ⚫ Para a fertilização dos oócitos, duas condições são essenciais: a completa maturação do oócito e a capacitação do espermatozóide (ou seja, a célula espermática sofre uma série de modificações bioquímicas que possibilitam sua penetração no oócito. *Lembrar que os sptz congelados já estão capacitados, pois o processo de congelação induz a capacitação. E o sêmen fresco se for usado deve ser capacitado. A descongelação de uma dose de sêmen ou mesmo um ejaculado recém obtido não garante aos espermatozóides a habilidade ou capacidade de fertilizar o oócito. No laboratório, o sêmen criopreservado ou fresco são processados de maneira que sejam obtidos apenas os espermatozóides vivos. Em seguida, os espermatozóides são avaliados quanto à concentração e motilidade para ajuste da dose inseminante, ou seja, deve haver um número adequado de espermatozóides para a quantidade de oócitos. ⚫Em geral, a concentração usada para a fertilização in vitro é de 2 milhões espermatozóides / ml, calculada de acordo com a motilidade e concentração da fração viva de espermatozóides obtida após a centrifugação em gradiente Percoll (para fazer a seleção espermática). ⚫O período de incubação na fase de fertilização dos oócitos com os espermatozóides varia entre 12 a 20 horas. - E os ovócitos fertilizados vão sofrer clivagem e começar o processo embrionário. Estes embriões vão ser transferidos para outra placa para ser feito o cultivo embrionário. FIV convencional: Acima é as imagens de classificação de embriões de acordo com a morfologia, e os embriões classificados até grau III vão ser transferidos para as receptoras. Cultivo embrionário: • Após a fertilização, os zigotos são lavados e transferidos para micro- gotas de meio de cultivo (baseado no fluido uterino e do oviduto durante o início da gestação) – lembrar que esta fase inicia-se na tuba uterina – ate o 4-5 dia o embrião se desenvolve na tuba uterina e depois ele desce para o útero, então isto deve ser mimetizado na fase de cultivo. Onde nos primeiros dias o meio vai se basear no fluido do oviduto e depois acrescentado outras substancias para mudar esta constituição mimetizando o fluido uterino. • O meio de cultivo é renovado em cada micro-gota no quarto dia (que o embrião desce para o útero) e sexto dia. No sétimo dia observa-se o desenvolvimento embrionário. • Ao final desta etapa, os embriões viáveis são classificados e envasados individualmente em palhetas para que possam ser inovulados (transferidos) nas vacas receptoras – pré selecionadas e pré sincronizadas. • Na data da tranferência (dia 6 ou dia 7) as receptoras devem estar sincronizadas com os embriões.• Para melhores resultados, deve ser usado nestes animais um protocolo hormonal semelhante ao de IATF. - As vacas devem estar ovuladas de 5-8 dias no dia da transferência dos embriões.
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