Современные тенденции применения стволовых клеток и их производных при криоконсервации спермы животных

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Криоконсервация сперматозоидов является важной частью сохранения половых клеток различных организмов. Однако при заморозке гамет часто возникают различного рода повреждения, которые оказывают значительное влияние при искусственном оплодотворении. После размораживания, как правило, сперматозоиды имеют ультраструктурные, биохимические и функциональные изменения, такие как повреждение клеточной мембраны и хроматина, окислительный стресс. Так как сперматозоиды обладают ограниченной способностью к биосинтетической деятельности, они имеют низкую способность к регенерации. Современные тенденции заключаются в совершенствовании режима криоконсервации спермы с использованием естественных внеклеточных везикул и стволовых клеток. Внеклеточные везикулы и стволовые клетки обладают потенциальным регенеративным эффектом, поскольку содержат различные биологически активные молекулы, влияющие на репарацию сперматозоидов. Настоящий обзор посвящен современным стратегиям улучшения состояния сперматозоидов после криоконсервации. В частности, в этом обзоре описаны результаты исследований использования внеклеточных везикул и стволовых клеток в качестве криопротекторов при заморозке и оттаивании сперматозоидов.

Об авторах

М. А. Тамбовский

Казанский (Приволжский) федеральный университет,
Институт фундаментальной медицины и биологии

Автор, ответственный за переписку.
Email: maxim.tambovsky.kfu@gmail.com
Россия, 420008, Казань

А. М. Аймалетдинов

Казанский (Приволжский) федеральный университет,
Институт фундаментальной медицины и биологии

Email: maxim.tambovsky.kfu@gmail.com
Россия, 420008, Казань

Е. Ю. Закирова

Казанский (Приволжский) федеральный университет,
Институт фундаментальной медицины и биологии

Email: maxim.tambovsky.kfu@gmail.com
Россия, 420008, Казань

Список литературы

  1. Tao Y., Sanger E., Saewu A., Leveille M.-C. 2020. Human sperm vitrification: The state of the art. Reprod Biol Endocrinol. 18 (1), 17. https://doi.org/10.1186/s12958-020-00580-5
  2. Ugur M.R., Saber Abdelrahman A., Evans H.C., Gilmore A.A., Hitit M., Arifiantini R.I., Purwantara B., Kaya A., Memili E. 2019. Advances in cryopreservation of bull sperm. Front. Vet. Sci. 6, 268. https://doi.org/10.3389/fvets.2019.00268
  3. Ombelet W., Van Robays J. 2015. Artificial insemination history: Hurdles and milestones. Facts Views Vis. Obgyn. 7 (2), 137–143.
  4. Saadeldin I.M, Khalil W.A, Alharbi M.G, Lee S.H. 2020. The current trends in using nanoparticles, liposomes, and exosomes for semen cryopreservation. Animals (Basel). 10 (12), 2281. https://doi.org/10.3390/ani10122281
  5. Thongphakdee A., Sukparangsi W., Comizzoli P., Chatdarong K. 2020. Reproductive biology and biotechnologies in wild felids. Theriogenology. 150, 360–373. https://doi.org/10.1016/j.theriogenology.2020.02.004
  6. Yanez-Ortiz I., Catalan J., Rodriguez-Gil J.E., Miro J., Yeste M. 2022. Advances in sperm cryopreservation in farm animals. Cattle, horse, pig and sheep. Anim. Reprod. Sci. 246, 106904. https://doi.org/10.1016/j.anireprosci.2021.106904
  7. Zakirova E.Y., Shalimov D.V., Garanina E.E., Zhuravleva M.N., Rutland C.S., Rizvanov A.A. 2019. Use of biologically active 3D matrix for extensive skin defect treatment in veterinary practice. Front. Vet. Sci. 6, 76. https://doi.org/10.3389/fvets.2019.00076
  8. Naumenko E., Zakirova E., Guryanov I., Akhatova F., Sergeev M., Valeeva A., Fakhrullin R. 2021. Composite biodegradable polymeric matrix doped with halloysite nanotubes for the repair of bone defects in dogs. Clays Clay Miner. 69, 522–532.
  9. Theerakittayakorn K., Thi Nguyen H., Musika J., Kunkanjanawan H., Imsoonthornruksa S., Somredngan S., Ketudat-Cairns M., Parnpai R. 2020. Differentiation induction of human stem cells for corneal epithelial. Int. J. Mol. Sci. 21 (21), 7834. https://doi.org/10.3390/ijms21217834
  10. Jovic D., Yu Y., Wang D., Wang K., Li H., Xu F., Liu C., Liu J., Luo Y. 2022. A brief overview of global trends in MSC-based cell therapy. Stem Cell. Rev. Rep. 18 (5), 1525–1545. https://doi.org/10.1007/s12015-022-10369-1
  11. Khubutiya M.S., Vagabov A.V., Temnov A.A., Sklifas A.N. 2014. Paracrine mechanisms of proliferative, anti-apoptotic and anti-inflammatory effects of mesenchymal stromal cells in models of acute organ injury. Cytotherapy. 16, 579–585. https://doi.org/10.1016/j.jcyt.2013.07.017
  12. Qamar A.Y., Fang X., Kim M.J., Cho J. 2020. Improved viability and fertility of frozen-thawed dog sperm using adipose-derived mesenchymal stem cells. Sci. Rep. 10 (1), 7034. https://doi.org/10.1038/s41598-020-61803-8
  13. Sun J., Shao Z., Yang Y., Wu D., Zhou X., Yuan H. 2012. Annexin 1 protects against apoptosis induced by serum deprivation in transformed rat retinal ganglion cells. Mol. Biol. Rep. 39, 5543–5551. https://doi.org/10.1007/s11033-011-1358-1
  14. Lennon N.J., Kho A., Bacskai B.J., Perlmutter S.L., Hyman B.T., Brown R.H., Jr. 2003. Dysferlin interacts with annexins A1 and A2 and mediates sarcolemmal wound-healing. J. Biol. Chem. 278, 50466–50473. https://doi.org/10.1074/jbc.M307247200
  15. To W.S., Midwood K.S. 2011. Plasma and cellular fibronectin: distinct and independent functions during tissue repair. Fibrogenesis Ttissue Repair. 4, 21. https://doi.org/10.1186/1755-1536-4-21
  16. Zakirova E.Y., Aimaletdinov A.M., Malanyeva A.G., Rutland C.S., Rizvanov A.A. 2020. Extracellular vesicles: New perspectives of regenerative and reproductive veterinary medicine. Front. Vet. Sci. 7, 594044. https://doi.org/10.3389/fvets.2020.594044
  17. Ratajczak M.Z., Ratajczak J. 2020. Extracellular microvesicles/exosomes: Discovery, disbelief, acceptance, and the future. Leukemia. 34 (12), 3126–3135. https://doi.org/10.1038/s41375-020-01041-z
  18. Qamar A.Y., Fang X., Kim M.J., Cho J. 2019. Improved post-thaw quality of canine semen after treatment with exosomes from conditioned medium of adipose-derived mesenchymal stem cells. Animals (Basel). 9 (11), 865. https://doi.org/10.3390/ani9110865
  19. Mokarizadeh A., Rezvanfar M.A., Dorostkar K., Abdollahi M. 2013. Mesenchymal stem cell derived microvesicles: Trophic shuttles for enhancement of sperm quality parameters. Reprod. Toxicol. 42, 78–84. https://doi.org/10.1016/j.reprotox.2013.07.024
  20. Mahiddine F.Y., Qamar A.Y., Kim M.J. 2020. Canine amniotic membrane derived mesenchymal stem cells exosomes addition in canine sperm freezing medium. J. Animal Reprod. Biotechnol. 35 (3), 268–272. https://doi.org/10.12750/JARB.35.3.268
  21. Venugopal C., Shamir C., Senthilkumar S., Babu J.V., Sonu P.K., Nishtha K.J., Rai K.S., K S., Dhanushkodi A. 2017. Dosage and passage dependent neuroprotective effects of exosomes derived from rat bone marrow mesenchymal stem cells: An in vitro analysis. Curr. Gene Ther. 17 (5), 379–390. https://doi.org/10.2174/1566523218666180125091952
  22. Агейкин А.В., Горелов А.В., Усенко Д.В., Мельников В.Л. 2021. Экзосомы крови как новые биомаркеры инфекционных заболеваний. Медицинское обозрение. 5 (11), 744–748. https://doi.org/10.32364/2587-6821-2021-5-11-744-748
  23. Chen J., Li P., Zhang T., Xu Z., Huang X., et al. 2021. Review on strategies and technologies for exosome isolation and purification. Front. Bioeng. Biotechnol. 9, 811971. https://doi.org/10.3389/fbioe.2021.811971
  24. Koike C., Zhou K., Takeda Y., Fathy M., Okabe M., Yoshida T., Nakamura Y., Kato Y., Nikaido T. 2014. Characterization of amniotic stem cells. Cell Reprogram. 16 (4), 298–305. https://doi.org/10.1089/cell.2013.0090
  25. Kazemnejad S., Khanmohammadi M., Zarnani A-H., Bolouri M.R. 2016. Characteristics of mesenchymal stem cells derived from amniotic membrane: A potential candidate for stem cell-based therapy. In perinatal tissue-derived stem cells: Alternative sources of fetal stem cells. Ed: B. Arjmand. Springer International Publishing, p. 137–169. https://doi.org/10.1007/978-3-319-46410-7_7
  26. Bosch S., de Beaurepaire L., Allard M., Mosser M., Heichette C., Chrétien D., Jegou D., Bach J.M. 2016. Trehalose prevents aggregation of exosomes and cryodamage. Sci. Rep. 6, 36162. https://doi.org/10.1038/srep36162
  27. Сысоева А.П., Макарова Н.П., Краевая Е.Е. 2021. Роль внеклеточных везикул семенной плазмы в изменении морфофункциональных характеристик сперматозоидов человека. Клин. эксп. морфология. 10 (4), 5–13. https://doi.org/10.31088/CEM2021.10.4.5-13
  28. Mahdavinezhad F., Sadighi Gilani M.A, Gharaei R., Ashrafnezhad Z., Valipour J., Shabani Nashtaei M., Amidi F. 2022. Protective roles of seminal plasma exosomes and microvesicles during human sperm cryopreservation. Reprod. Biomed. Online. 45 (2), 341–353.
  29. Du J., Shen J., Wang Y., Pan C., Pang W., Diao H., Dong W. 2016. Boar seminal plasma exosomes maintain sperm function by infiltrating into the sperm membrane. Oncotarget. 7, 58832–58847. https://doi.org/10.18632/oncotarget.11315
  30. Zhou W., Stanger S.J., Anderson A.L., Bernstein I.R., De Iuliis G.N., McCluskey A., McLaughlin E.A., Dun M.D., Nixon B. 2019. Mechanisms of tethering and cargo transfer during epididymosome-sperm interactions. BMC Biol. 17 (1), 35. https://doi.org/10.1186/s12915-019-0653-5
  31. Machtinger R., Laurent L.C., Baccarelli A.A. 2016. Extracellular vesicles: Roles in gamete maturation, fertilization and embryo implantation. Hum. Reprod. Update. 22(2), 182–193. https://doi.org/10.1093/humupd/dmv055
  32. Goericke-Pesch S., Hauck S., Failing K., Wehrend A. 2015. Effect of seminal plasma vesicular structures in canine frozen-thawed semen. Theriogenology. 84, 1490–1498. https://doi.org/10.1016/j.theriogenology.2015.07.033
  33. de Almeida Monteiro Melo Ferraz M., Nagashima J.B., Noonan M.J., Crosier A.E., Songsasen N. 2020. Oviductal extracellular vesicles improve post-thaw sperm function in red wolves and cheetahs. Int. J. Mol. Sci. 21(10), 3733. https://doi.org/10.3390/ijms21103733
  34. Bencharif D., Dordas-Perpinya M. 2020. Canine semen cryoconservation: Emerging data over the last 20 years. Reproduction in Domestic Animals. 55 (2), 61. https://doi.org/10.1111/rda.13629
  35. Cheng F.P., Wu J.T., Tsai P.S., Chang C.L., Lee S.L., et al. 2005. Effects of cryo-injury on progesterone receptor[s] of canine spermatozoa and its response to progesterone. Theriogenology. 64 (4), 844–854. https://doi.org/10.1016/j.theriogenology.2004.10.021
  36. Liu S., Li F. 2020. Cryopreservation of single-sperm: Where are we today? Reprod. Biol. Endocrinol.18 (1), 41. https://doi.org/10.1186/s12958-020-00607-x
  37. de Oliveira R.A., Wolf C.A., de Oliveira Viu M.A., Gambarini M.L. 2013. Addition of glutathione to an extender for frozen equine semen. Equine J. Vet. 33, 1148–1152. https://doi.org/10.1016/j.jevs.2013.05.001
  38. Peris-Frau P., Soler A.J., Iniesta-Cuerda M., Martín-Maestro A., Sánchez-Ajofrín I., Medina-Chávez D.A., Fernández-Santos M.R., García-Álvarez O., Maroto-Morales A., Montoro V., Garde J.J. 2020. Sperm cryodamage in ruminants: Understanding the molecular changes induced by the cryopreservation process to optimize sperm quality. Int. Journal Mol. Sci. 21 (8), 2781. https://doi.org/10.3390/ijms21082781

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2.

Скачать (350KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2023