Innowacyjne metody leczenia niepłodności u mężczyzn

Autorzy

Damian Zieliński - 1. Studenckie Koło Naukowe przy Katedrze i Zakładzie Biofizyki im. prof. Zbigniewa Religi, Wydział Nauk Medycznych w Katowicach, Śląski, Uniwersytet Medyczny w Katowicach; Kamila Tokarczyk - 1. Studenckie Koło Naukowe przy Katedrze i Zakładzie Biofizyki im. prof. Zbigniewa Religi, Wydział Nauk Medycznych w Zabrzu, Śląski Uniwersytet Medyczny w Katowicach; Maria Żak - 1. Studenckie Koło Naukowe przy Katedrze i Zakładzie Biofizyki im. prof. Zbigniewa Religi, Wydział Nauk Medycznych w Zabrzu, Śląski Uniwersytet Medyczny w Katowicach; Wiktoria Wójcik - 1. Studenckie Koło Naukowe przy Katedrze i Zakładzie Biofizyki im. prof. Zbigniewa Religi, Wydział Nauk Medycznych w Zabrzu, Śląski Uniwersytet Medyczny w Katowicach; Ola Wybraniec - 1. Studenckie Koło Naukowe przy Katedrze i Zakładzie Biofizyki im. prof. Zbigniewa Religi, Wydział Nauk Medycznych w Zabrzu, Śląski Uniwersytet Medyczny w Katowicach

Słowa kluczowe:

niepłodność męska, leczenie niepłodności, azoospermia, biodruk 3D, komórki macierzyste

Streszczenie

Rozdział niniejszego opracowania poświęcony jest problematyce niepłodności, jej definicji oraz najnowszym metodom leczenia. Celem tego rozdziałuest przedstawienie aktualnych danych dotyczących niepłodności, głównych przyczyn oraz innowacyjnych podejść terapeutycznych. Analiza przeprowadzona na podstawie raportu WHO z lat 1990-2021 ujawnia, że problem niepłodności dotyka około 17,5% dorosłej populacji. Główne przyczyny niepłodności u mężczyzn obejmują problemy z jakością nasienia, takie jak niska liczba plemników oraz nieprawidłowa morfologia i ruchliwość. W odpowiedzi na te wyzwania, metody farmakologiczne, wspomaganie rozrodu oraz terapie hormonalne stanowią znaczący krok naprzód w leczeniu niepłodności, szczególnie w przypadku pacjentów z azoospermią czy zespołem Klinefeltera. Innowacyjne podejścia terapeutyczne, takie jak wykorzystanie CRISPR-Cas9 do leczenia nieobturacyjnej azoospermii u myszy, dają nadzieję na rozwój podobnych metod dla ludzi. Ponadto, badania nad komórkami macierzystymi ukazują ich potencjał w leczeniu niepłodności poprzez regenerację tkanek oraz produkcję gamet męskich. Niezwykle obiecującymi metodami są również kultury 3D oraz organoidy jąder, które mogą stanowić skuteczną terapię dla pacjentów narażonych na utratę płodności, w tym dzieci z chorobami genetycznymi. Niemniej jednak, wszystkie wspomniane metody wymagają dalszych badań przed ich rutynowym zastosowaniem w praktyce klinicznej. Główne wnioski płynące z tego rozdziału obejmują potrzebę kontynuacji badań nad nowymi metodami leczenia niepłodności oraz ich potencjał jako obiecujących terapii dla pacjentów dotkniętych tą problematyką. Ewentualne założenia badawcze obejmują konieczność dalszego pogłębiania wiedzy na temat mechanizmów działania oraz bezpieczeństwa stosowania tych metod u ludzi.

Bibliografia

Infertility. Accessed February 20, 2024. https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/infertility

Esteves SC, Miyaoka R, Agarwal A. An update on the clinical assessment of the infertile male. [corrected]. Clinics . 2011;66(4):691-700.

Infertility Prevalence Estimates, 1990–2021. Published April 3, 2023. Accessed February 20, 2024. https://www.who.int/publications/i/item/978920068315

1 in 6 people globally affected by infertility: WHO. Accessed February 21, 2024. https://www.who.int/news/item/04-04-2023-1-in-6-people-globally-affected-by-infertility

Agarwal A, Mulgund A, Hamada A, Chyatte MR. A unique view on male infertility around the globe. Reprod Biol Endocrinol. 2015;13:37.

Sun H, Gong TT, Jiang YT, Zhang S, Zhao YH, Wu QJ. Global, regional, and national prevalence and disability-adjusted life-years for infertility in 195 countries and territories, 1990-2017: results from a global burden of disease study, 2017. Aging . 2019;11(23):10952-10991.

Deshpande PS, Gupta AS. Causes and Prevalence of Factors Causing Infertility in a Public Health Facility. J Hum Reprod Sci. 2019;12(4):287-293.

Farhi J, Ben-Haroush A. Distribution of causes of infertility in patients attending primary fertility clinics in Israel. Isr Med Assoc J. 2011;13(1):51-54.

Strasser MO, Dupree JM. Care Delivery for Male Infertility: The Present and Future. Urol Clin North Am. 2020;47(2):193-204.

Botezatu A, Vladoiu S, Fudulu A, et al. Advanced molecular approaches in male infertility diagnosis†. Biol Reprod. 2022;107(3):684-704.

Minhas S, Bettocchi C, Boeri L, et al. European Association of Urology Guidelines on Male Sexual and Reproductive Health: 2021 Update on Male Infertility. Eur Urol. 2021;80(5):603-620.

Martelli M, Zingaretti L, Salvio G, Bracci M, Santarelli L. Influence of Work on Andropause and Menopause: A Systematic Review. Int J Environ Res Public Health. 2021;18(19). doi:10.3390/ijerph181910074

Yu G, Bai Z, Song C, et al. Current progress on the effect of mobile phone radiation on sperm quality: An updated systematic review and meta-analysis of human and animal studies. Environ Pollut. 2021;282:116952.

Li MC, Chiu YH, Gaskins AJ, et al. Men’s Intake of Vitamin C and β-Carotene Is Positively Related to Fertilization Rate but Not to Live Birth Rate in Couples Undergoing Infertility Treatment. J Nutr. 2019;149(11):1977-1984.

Campbell JM, Lane M, Owens JA, Bakos HW. Paternal obesity negatively affects male fertility and assisted reproduction outcomes: a systematic review and meta-analysis. Reprod Biomed Online. 2015;31(5):593-604.

Leisegang K, Dutta S. Do lifestyle practices impede male fertility? Andrologia. 2021;53(1):e13595.

Tsevat DG, Wiesenfeld HC, Parks C, Peipert JF. Sexually transmitted diseases and infertility. Am J Obstet Gynecol. 2017;216(1):1-9.

Agarwal A, Baskaran S, Parekh N, et al. Male infertility. Lancet. 2021;397(10271):319-333.

Babakhanzadeh E, Nazari M, Ghasemifar S, Khodadadian A. Some of the Factors Involved in Male Infertility: A Prospective Review. Int J Gen Med. 2020;13:29-41.

Krausz C, Chianese C. Genetic testing and counselling for male infertility. Curr Opin Endocrinol Diabetes Obes. 2014;21(3):244-250.

Tüttelmann F, Simoni M, Kliesch S, et al. Copy number variants in patients with severe oligozoospermia and Sertoli-cell-only syndrome. PLoS One. 2011;6(4):e19426.

Noordam MJ, Repping S. The human Y chromosome: a masculine chromosome. Curr Opin Genet Dev. 2006;16(3):225-232.

Bulun SE, Takayama K, Suzuki T, Sasano H, Yilmaz B, Sebastian S. Organization of the human aromatase p450 (CYP19) gene. Semin Reprod Med. 2004;22(1):5-9.

Turkistani A, Marsh S. Pharmacogenomics of third-generation aromatase inhibitors. Expert Opin Pharmacother. 2012;13(9):1299-1307.

Saylam B, Efesoy O, Cayan S. The effect of aromatase inhibitor letrozole on body mass index, serum hormones, and sperm parameters in infertile men. Fertil Steril. 2011;95(2):809-811.

Kyrou D, Kosmas IP, Popovic-Todorovic B, Donoso P, Devroey P, Fatemi HM. Ejaculatory sperm production in non-obstructive azoospermic patients with a history of negative testicular biopsy after the administration of an aromatase inhibitor: report of two cases. Eur J Obstet Gynecol Reprod Biol. 2014;173:120-121.

Shoshany O, Abhyankar N, Mufarreh N, Daniel G, Niederberger C. Outcomes of anastrozole in oligozoospermic hypoandrogenic subfertile men. Fertil Steril. 2017;107(3):589-594.

Niederberger C. Re: Combination Therapy with Clomiphene Citrate and Anastrozole is a Safe and Effective Alternative for Hypoandrogenic Subfertile Men. J Urol. 2019;201(5):843.

Del Giudice F, Busetto GM, De Berardinis E, et al. A systematic review and meta-analysis of clinical trials implementing aromatase inhibitors to treat male infertility. Asian J Androl. 2020;22(4):360-367.

Panner Selvam MK, Baskaran S, Tannenbaum J, et al. Clomiphene Citrate in the Management of Infertility in Oligospermic Obese Men with Hypogonadism: Retrospective Pilot Study. Medicina . 2023;59(11). doi:10.3390/medicina59111902

Shah T, Nyirenda T, Shin D. Efficacy of anastrozole in the treatment of hypogonadal, subfertile men with body mass index ≥25 kg/m. Transl Androl Urol. 2021;10(3):1222-1228.

Foster PA. Steroid Sulphatase and Its Inhibitors: Past, Present, and Future. Molecules. 2021;26(10). doi:10.3390/molecules26102852

Yang C, Li P, Li Z. Clinical application of aromatase inhibitors to treat male infertility. Hum Reprod Update. 2021;28(1):30-50.

Gostimskaya I. CRISPR-Cas9: A History of Its Discovery and Ethical Considerations of Its Use in Genome Editing. Biochemistry . 2022;87(8):777-788.

Gaj T, Gersbach CA, Barbas CF 3rd. ZFN, TALEN, and CRISPR/Cas-based methods for genome engineering. Trends Biotechnol. 2013;31(7):397-405.

Jinek M, Chylinski K, Fonfara I, Hauer M, Doudna JA, Charpentier E. A programmable dual-RNA-guided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunity. Science. 2012;337(6096):816-821.

Doudna JA, Charpentier E. Genome editing. The new frontier of genome engineering with CRISPR-Cas9. Science. 2014;346(6213):1258096.

Ul Ain Q, Chung JY, Kim YH. Current and future delivery systems for engineered nucleases: ZFN, TALEN and RGEN. J Control Release. 2015;205:120-127.

Abbasi F, Miyata H, Ikawa M. Revolutionizing male fertility factor research in mice by using the genome editing tool CRISPR/Cas9. Reprod Med Biol. 2018;17(1):3-10.

Li X, Sun T, Wang X, Tang J, Liu Y. Restore natural fertility of Kit/Kit mouse with nonobstructive azoospermia through gene editing on SSCs mediated by CRISPR-Cas9. Stem Cell Res Ther. 2019;10(1):271.

Lu Y, Oura S, Matsumura T, et al. CRISPR/Cas9-mediated genome editing reveals 30 testis-enriched genes dispensable for male fertility in mice†. Biol Reprod. 2019;101(2):501-511.

Oyama Y, Miyata H, Shimada K, et al. CRISPR/Cas9-mediated genome editing reveals 12 testis-enriched genes dispensable for male fertility in mice. Asian J Androl. 2022;24(3):266-272.

El-Brolosy MA, Kontarakis Z, Rossi A, et al. Genetic compensation triggered by mutant mRNA degradation. Nature. 2019;568(7751):193-197.

Ma Z, Zhu P, Shi H, et al. PTC-bearing mRNA elicits a genetic compensation response via Upf3a and COMPASS components. Nature. 2019;568(7751):259-263.

Qian XX, Liu Y, Wang H, Qi NM. [Mesenchymal stem cells for the treatment of male infertility]. Zhonghua Nan Ke Xue. 2020;26(6):564-569.

Adriansyah RF, Margiana R, Supardi S, Narulita P. Current Progress in Stem Cell Therapy for Male Infertility. Stem Cell Rev Rep. 2023;19(7):2073-2093.

Whelan M. Stem Cell: Basics and Applications.; 2012.

Saha S, Roy P, Corbitt C, Kakar SS. Application of Stem Cell Therapy for Infertility. Cells. 2021;10(7). doi:10.3390/cells10071613

Wu JX, Xia T, She LP, Lin S, Luo XM. Stem Cell Therapies for Human Infertility: Advantages and Challenges. Cell Transplant. 2022;31:9636897221083252.

Kanatsu-Shinohara M, Lee J, Inoue K, et al. Pluripotency of a single spermatogonial stem cell in mice. Biol Reprod. 2008;78(4):681-687.

Fayomi AP, Orwig KE. Spermatogonial stem cells and spermatogenesis in mice, monkeys and men. Stem Cell Res. 2018;29:207-214.

Nagano MC. Homing efficiency and proliferation kinetics of male germ line stem cells following transplantation in mice. Biol Reprod. 2003;69(2):701-707.

Hermann BP, Sukhwani M, Winkler F, et al. Spermatogonial stem cell transplantation into rhesus testes regenerates spermatogenesis producing functional sperm. Cell Stem Cell. 2012;11(5):715-726.

Izadyar F, Wong J, Maki C, et al. Identification and characterization of repopulating spermatogonial stem cells from the adult human testis. Hum Reprod. 2011;26(6):1296-1306.

Sohni A, Tan K, Song HW, et al. The Neonatal and Adult Human Testis Defined at the Single-Cell Level. Cell Rep. 2019;26(6):1501-1517.e4.

Hermann BP, Cheng K, Singh A, et al. The Mammalian Spermatogenesis Single-Cell Transcriptome, from Spermatogonial Stem Cells to Spermatids. Cell Rep. 2018;25(6):1650-1667.e8.

Caldeira-Brant AL, Martinelli LM, Marques MM, et al. A subpopulation of human Adark spermatogonia behaves as the reserve stem cell. Reproduction. 2020;159(4):437-451.

Guo J, Nie X, Giebler M, et al. The Dynamic Transcriptional Cell Atlas of Testis Development during Human Puberty. Cell Stem Cell. 2020;26(2):262-276.e4.

Du L, Chen W, Cheng Z, et al. Novel Gene Regulation in Normal and Abnormal Spermatogenesis. Cells. 2021;10(3). doi:10.3390/cells10030666

Parekh NV, Lundy SD, Vij SC. Fertility considerations in men with testicular cancer. Transl Androl Urol. 2020;9(Suppl 1):S14-S23.

Meistrich ML. Effects of chemotherapy and radiotherapy on spermatogenesis in humans. Fertil Steril. 2013;100(5):1180-1186.

Reda A, Hou M, Winton TR, Chapin RE, Söder O, Stukenborg JB. In vitro differentiation of rat spermatogonia into round spermatids in tissue culture. Mol Hum Reprod. 2016;22(9):601-612.

Stukenborg JB, Jahnukainen K, Hutka M, Mitchell RT. Cancer treatment in childhood and testicular function: the importance of the somatic environment. Endocr Connect. 2018;7(2):R69-R87.

Mirzapour T, Movahedin M, Tengku Ibrahim TA, et al. Effects of basic fibroblast growth factor and leukaemia inhibitory factor on proliferation and short-term culture of human spermatogonial stem cells. Andrologia. 2012;44 Suppl 1:41-55.

Kanatsu-Shinohara M, Miki H, Inoue K, et al. Long-term culture of mouse male germline stem cells under serum-or feeder-free conditions. Biol Reprod. 2005;72(4):985-991.

Harrison RH, St-Pierre JP, Stevens MM. Tissue engineering and regenerative medicine: a year in review. Tissue Eng Part B Rev. 2014;20(1):1-16.

Shams A, Eslahi N, Movahedin M, Izadyar F, Asgari H, Koruji M. Future of Spermatogonial Stem Cell Culture: Application of Nanofiber Scaffolds. Curr Stem Cell Res Ther. 2017;12(7):544-553.

Bonandrini B, Figliuzzi M, Papadimou E, et al. Recellularization of well-preserved acellular kidney scaffold using embryonic stem cells. Tissue Eng Part A. 2014;20(9-10):1486-1498.

Li S, Liu S, Wang X. Advances of 3D Printing in Vascularized Organ Construction. Int J Bioprint. 2022;8(3):588.

Hospodiuk M, Dey M, Sosnoski D, Ozbolat IT. The bioink: A comprehensive review on bioprintable materials. Biotechnol Adv. 2017;35(2):217-239.

Zhang YS, Yue K, Aleman J, et al. 3D Bioprinting for Tissue and Organ Fabrication. Ann Biomed Eng. 2017;45(1):148-163.

Chan BP, Leong KW. Scaffolding in tissue engineering: general approaches and tissue-specific considerations. Eur Spine J. 2008;17 Suppl 4(Suppl 4):467-479.

Scarritt ME, Pashos NC, Bunnell BA. A review of cellularization strategies for tissue engineering of whole organs. Front Bioeng Biotechnol. 2015;3:43.

Lobo SE, Leonel LCPC, Miranda CMFC, et al. The Placenta as an Organ and a Source of Stem Cells and Extracellular Matrix: A Review. Cells Tissues Organs. 2016;201(4):239-252.

Bashiri Z, Amiri I, Gholipourmalekabadi M, et al. Artificial testis: a testicular tissue extracellular matrix as a potential bio-ink for 3D printing. Biomater Sci. 2021;9(9):3465-3484.

Vermeulen M, Del Vento F, de Michele F, Poels J, Wyns C. Development of a Cytocompatible Scaffold from Pig Immature Testicular Tissue Allowing Human Sertoli Cell Attachment, Proliferation and Functionality. Int J Mol Sci. 2018;19(1). doi:10.3390/ijms19010227

Majidi Gharenaz N, Movahedin M, Mazaheri Z. Three-Dimensional Culture of Mouse Spermatogonial Stem Cells Using A Decellularised Testicular Scaffold. Cell J. 2020;21(4):410-418.

Baert Y, De Kock J, Alves-Lopes JP, Söder O, Stukenborg JB, Goossens E. Primary Human Testicular Cells Self-Organize into Organoids with Testicular Properties. Stem Cell Reports. 2017;8(1):30-38.

Robinson M, Bedford E, Witherspoon L, Willerth SM, Flannigan R. Using clinically derived human tissue to 3-dimensionally bioprint personalized testicular tubules for in vitro culturing: first report. F S Sci. 2022;3(2):130-139.

Calogero AE, Cannarella R, Agarwal A, et al. The Renaissance of Male Infertility Management in the Golden Age of Andrology. World J Mens Health. 2023;41(2):237-254.

Opublikowane

7 lipca 2024