Este avanço poderia finalmente desbloquear o controle de natalidade masculino

“O metabolismo do esperma é especial porque se concentra apenas na geração de mais energia para atingir um único objetivo: a fertilização”, disse Melanie Balbach, professora assistente do Departamento de Bioquímica e Biologia Molecular e autora sênior do estudo.

Antes da ejaculação, os espermatozoides dos mamíferos permanecem em um estado de baixa energia. Uma vez dentro do trato reprodutivo feminino, eles se transformam rapidamente. Eles começam a nadar com mais força e ajustam as membranas externas que eventualmente irão interagir com o ovo. Estas mudanças exigem um aumento repentino e significativo na produção de energia.

“Muitos tipos de células passam por essa rápida mudança de estados de baixa para alta energia, e os espermatozoides são uma forma ideal de estudar essa reprogramação metabólica”, disse Balbach. Ela ingressou na MSU em 2023 para expandir seu trabalho pioneiro no metabolismo do esperma.

Rastreando o combustível que alimenta a fertilização

No início de sua carreira na Weill Cornell Medicine, Balbach ajudou a mostrar que o bloqueio de uma enzima espermática crítica causava infertilidade temporária em camundongos. Essa descoberta destacou a possibilidade do controle de natalidade masculino não hormonal.

Embora os cientistas entendessem que os espermatozoides necessitam de grandes quantidades de energia para se prepararem para a fertilização, o mecanismo exato por trás deste aumento permaneceu obscuro até agora.

Trabalhando com colaboradores do Memorial Sloan Kettering Cancer Center e do Van Andel Institute, a equipe de Balbach desenvolveu um método para acompanhar como os espermatozoides processam a glicose, um açúcar que absorvem do ambiente e usam como combustível.

Ao mapear o caminho químico da glicose dentro da célula, os pesquisadores identificaram diferenças claras entre os espermatozoides inativos e aqueles que foram ativados.

“Você pode pensar nesta abordagem como pintar o teto de um carro de rosa brilhante e depois seguir esse carro no trânsito usando um drone”, explicou Balbach.

“No esperma ativado, vimos esse carro pintado se movendo muito mais rápido no trânsito, preferindo uma rota distinta, e pudemos até ver em quais cruzamentos o carro tendia a ficar preso”, disse ela.

Usando recursos como Espectrometria de Massa e Núcleo de Metabolômica da MSU, a equipe montou uma imagem detalhada do processo de múltiplas etapas e alta energia do qual os espermatozoides dependem para obter a fertilização.

Aldolase e o controle do metabolismo do esperma

O estudo descobriu que uma enzima conhecida como aldolase desempenha um papel fundamental na conversão de glicose em energia utilizável. Os investigadores também aprenderam que os espermatozoides recorrem às reservas internas de energia que já transportam quando a sua viagem começa.

Além disso, certas enzimas atuam como reguladores, orientando a forma como a glicose se move através das vias metabólicas e influenciando a eficiência com que a energia é produzida.

Balbach planeia continuar a investigar como os espermatozoides dependem de diferentes fontes de combustível, incluindo glicose e frutose, para satisfazer as suas necessidades energéticas. Esta linha de pesquisa pode afetar múltiplas áreas da saúde reprodutiva.

Implicações para infertilidade e controle de natalidade não hormonal

A infertilidade afeta cerca de uma em cada seis pessoas em todo o mundo. Balbach acredita que estudar o metabolismo do esperma pode levar a melhores ferramentas de diagnóstico e a melhores tecnologias de reprodução assistida.

As descobertas também podem apoiar o desenvolvimento de novas estratégias contraceptivas, particularmente abordagens não hormonais.

“Compreender melhor o metabolismo da glicose durante a ativação do esperma foi um primeiro passo importante, e agora pretendemos compreender como as nossas descobertas se traduzem em outras espécies, como o esperma humano”, disse Balbach.

“Uma opção é explorar se uma de nossas enzimas de ‘controle de tráfego’ poderia ser considerada com segurança como um contraceptivo não hormonal masculino ou feminino”, acrescentou ela.

A maioria dos esforços para criar contraceptivos masculinos concentrou-se em interromper a produção de esperma. Essa estratégia tem desvantagens. Ele não causa infertilidade imediata e sob demanda, e muitas opções dependem de hormônios que podem causar efeitos colaterais significativos.

O último trabalho de Balbach sugere uma alternativa. Ao direcionar o metabolismo do esperma com uma abordagem não hormonal baseada em inibidores, pode ser possível desativar temporariamente a função do esperma quando desejado, minimizando os efeitos indesejados.

“Neste momento, cerca de 50% de todas as gravidezes não são planeadas, e isto daria aos homens opções adicionais e agência na sua fertilidade”, disse Balbach. “Da mesma forma, cria liberdade para quem usa métodos anticoncepcionais femininos, que são baseados em hormônios e altamente propensos a efeitos colaterais.

“Estou animado para ver o que mais podemos encontrar e como podemos aplicar essas descobertas.”

Por que isso é importante

• Os espermatozoides devem aumentar dramaticamente seus níveis de energia para completar a exigente jornada até o óvulo e alcançar a fertilização.
• Os cientistas descobriram agora como os espermatozoides aproveitam a glicose ao seu redor para alimentar esse aumento, revelando a fonte de combustível por trás de sua rápida transformação.
• Esta descoberta aprofunda a nossa compreensão da biologia reprodutiva e pode abrir a porta para melhores tratamentos de infertilidade e opções inovadoras de controlo de natalidade não hormonal.

A pesquisa foi publicada no Anais da Academia Nacional de Ciências e apoiado pelo Instituto Nacional de Saúde Infantil e Desenvolvimento Humano.