Cryoconservation de sperme

La première trace de cryoconservation de sperme remonte à plus de deux siècles, à la suite des expériences de Lazzaro Spallanzani en 1776 avec de la neige. Il constate que les spermatozoïdes s’immobilisent après une exposition à de basses températures, puis se réaniment après réchauffement[3]. En 1886, Paolo Mantegazza a été le premier à envisager la création de banques de sperme humain congelé[4].

Bien plus tard, en 1949, Christopher Polge (en) découvre l’action cryoprotectrice du glycérol. Cette avancée entraîne une nette amélioration des techniques de cryoconservation du sperme. Depuis, de nombreuses inséminations artificielles à partir de spermatozoïdes cryoconservés ont été effectuées avec succès chez différentes espèces : en 1951 pour la vache, 1957 pour le porc et le cheval, et 1967 pour le mouton[5].

La technique de congélation des spermatozoïdes humains, mise au point par Jerome Kalman Sherman en 1953, conduit peu après à la première grossesse humaine réussie. Cette découverte va permettre le développement de centres de congélation et de conservation de sperme, appelés « banques de sperme », à partir des années 1970 aux États-Unis[6]. En France, la première association apparaît en 1973, avec la création des Centres d’Études et de Conservation des Œufs et du Sperme humain (CECOS) par Georges David à l’hôpital Bicêtre au Kremlin-Bicêtre[7] en banlieue parisienne.

Le processus de décongélation des spermatozoïdes est un enjeu important. En effet, la cryoconservation a pour but de conserver des spermatozoïdes dans le but de les utiliser ultérieurement. Lorsque le moment est arrivé de les utiliser, ceux-ci doivent subir le processus de décongélation. Le sperme de chaque individu réagit de manière différente à la congélation et à la décongélation[2].

Cependant, de manière générale, le processus de décongélation peut avoir plusieurs conséquences sur les spermatozoïdes. Ils peuvent subir différentes sortes de stress dues à des changements osmotiques, une déshydratation ou encore une formation de cristaux de glace. Ces stress se produisent à des températures entre -15 et −60 °C. Lorsque le sperme est décongelé trop rapidement, les cellules vont être déshydratées et vont gonfler[15]. Si la décongélation est trop lente, les cristaux intracellulaires peuvent augmenter de volume et donc endommager mécaniquement la cellule. Cependant, il est tout de même nécessaire que la décongélation soit effectuée assez rapidement, généralement à l’aide d’un bain-marie[16].

Des cryoprotecteurs peuvent être utilisés pour protéger les spermatozoïdes lors du processus de congélation/décongélation et permettent d’optimiser leur récupération lors de la décongélation.

Lors de sa congélation, le sperme se trouve sous forme de paillettes. Le processus de décongélation de sperme porcin sous forme de paillettes médium se fait par immersion dans un bain-marie à 55 °C pendant 12 secondes puis à 38 °C dans un autre récipient. Pour les paillettes fines de porcins, le processus de décongélation est facilité car celles-ci permettent une décongélation toute aussi rapide dans un bain-marie à 38 °C pendant un temps indéterminé sans risque[17].

Afin d’éviter la fragmentation de l’ADN des spermatozoïdes, trois cycles de congélation et décongélation peuvent être pratiqués au maximum. Ce nombre de cycles ne présente pas de risque important pour l’intégrité de l’ADN par rapport à un cycle de congélation/décongélation[18].

À ceci s’appliquent plusieurs conditions. L’échantillon de sperme doit être recongelé dans son milieu cryoprotecteur d’origine. Ensuite, il ne doit pas subir de lavage ou d’autres types d’altération entre deux cycles de congélation. Enfin, l’échantillon doit être purifié par centrifugation analytique en utilisant un gradient de densité ou par lavage des spermatozoïdes avant son utilisation pour tout acte de procréation assistée[18].

Cette technique permet donc de réutiliser le sperme congelé pour plusieurs inséminations artificielles par exemple.

Lorsque le sperme est congelé, il dispose généralement d'une longue durée de conservation sans avoir aucune altération du pouvoir fécondant. Cependant, la tolérance lors de la congélation/décongélation est non prévisible et dépend de chaque individu.

Il est possible que la cryoconservation provoque diverses altérations des spermatozoïdes au niveau membranaire ainsi qu'au niveau nucléaire. Cela entraîne des dégâts cellulaires provenant de multiples origines telles que la biochimie, la mécanique ou encore la génétique. Des preuves ont montré qu'après la cryoconservation, l'ADN contenu dans le sperme présente une augmentation des cassures simple brin, du nombre de fragmentation mais aussi de la condensation de la chromatine. Ces dégradations peuvent éventuellement augmenter le risque de mutations de l’ADN pour la descendance. De plus, le processus de congélation/décongélation peut modifier la mobilité des spermatozoïdes et la qualité de l’ADN à cause de l’apparition d’un état de stress oxydant et aussi probablement par l’induction de l’apoptose[19].

En revanche, certaines études n’ont démontré aucune augmentation des anomalies congénitales ou chromosomiques chez les individus conçus à partir de spermatozoïdes cryoconservés par rapport à une fécondation naturelle[20].

De même, pendant la congélation, ces changements apparaissent à la suite de plusieurs facteurs ayant des conséquences sur la structure biologique du spermatozoïde. Ces facteurs peuvent être physiques (variations de pression osmotique et hydrostatique, force mécanique et tension électrique des cristaux de glace[21]), ou chimiques (redistribution des composants ioniques, variations de pH, transition de phase des biopolymères, oxydoréduction, effets des cryoprotecteurs, radicaux libres). Ces principaux dommages sont liés au froid, à la présence de glace, à la déshydratation (pression osmotique), et à la toxicité des cryoprotecteurs.

Une observation étudiant 15 hommes pour cause d’infertilité de couple a montré que la cryoconservation avait induit une chute significative de la mobilité et de la vitalité des spermatozoïdes mais aussi une élévation du taux de fragmentation et d’oxydation de l’ADN spermatique. Dans cette étude, ces spermes ont été recueillis par masturbation après un délai de 3 à 5 jours d’abstinence. L’analyse des paramètres spermatiques a été réalisée avant la congélation : mobilité, vitalité, numération des spermatozoïdes, morphologie, etc.[19]

Ainsi, afin de connaître la qualité des paillettes conservées pour chaque congélation, une paillette devra être décongelée pour évaluer la qualité du sperme après le processus de congélation/décongélation[19].