La producción in vitro de embriones, la tecnología reproductiva del futuro

La Transferencia de Embriones (TE) es una tecnología utilizada para maximizar la ganancia genética de los rebaños. En los últimos años, la producción y transferencia de los embriones producidos in vitro e in vivo (IETS; 2021) ha aumentado significativamente a nivel mundial. Las perspectivas del cambio climático, con temperaturas más altas y duraderas, afectarán la fertilidad de las vacas de alta producción lechera, necesitando de estas nuevas tecnologías para poder reproducir el ganado.

La Inseminación Artificial (IA) ha sido sin duda la tecnología reproductiva con mayor impacto en la mejora productiva del ganado vacuno, sobre todo de leche. Ha permitido la difusión de las características genéticas de los machos de alta producción en todo el mundo. Sin embargo, las hembras de alta producción solo tenían capacidad de difundir sus genes en el limitado número de crías que podían tener a lo largo de su vida.

Para conseguir que las hembras tuvieran más posibilidades de reproducirse, la siguiente tecnología reproductiva que se aplicó fue la producción in vivo de embriones o MOET por sus siglas en inglés (Multi-ovulation and Embryo Transfer). Esta técnica consiste en superovular a las hembras donantes mediante tratamientos hormonales basados especialmente en FSH y fecundar los ovocitos mediante IA. Los embriones producidos se recogen de los cuernos del útero mediante lavados (Flushing) ocho días después de la IA y se pueden congelar y/o transferir a otras hembras receptoras. El objetivo de esta técnica era tener hembras selectas produciendo continuamente embriones para su comercialización. Sin embargo, en los últimos 10 años y debido a varios factores como la impredecible respuesta de las hembras a los tratamientos de superovulación, entre otros, se ha impuesto de forma absoluta en vacuno la producción in vitro de embriones.

Utilizando la PIVE con ovocitos de hembras de alta selección genética y recogidos de los ovarios mediante aspiración folicular o OPU por sus siglas en inglés (Ovum Pick Up) se pueden obtener un gran número de embriones de alta calidad producidos en el laboratorio y transferirlos en cualquier hembra receptora (figura 1). A diferencia de la MOET, con la PIVE también se pueden producir embriones de hembras gestantes, prepúberes, infértiles e incluso de hembras sacrificadas en el matadero. En estos casos específicos, las hembras tienen ovarios con ovocitos pero que no podrán ovular de forma natural, pero si ser recogidos inmaduros de los folículos ováricos para su maduración in vitro (MIV), fecundación in vitro (FIV) capacitando los espermatozoides para hacerles fecundantes y el posterior cultivo in vitro (CIV) de los cigotos durante siete días hasta su desarrollo a mórula o blastocisto. Además, la PIVE permite reducir los efectos del estrés por calor u otros estresores ambientales, que bajan significativamente la fertilidad cuando se utiliza la IA.

Figura 1. Esquema de producción in vitro de embriones bovinos. Infografía de elaboración propia.

Según los datos recopilados y publicados en la IETS (International Embryo Technology Society; 2021) las tecnologías sobre embriones se utilizan en un 28,7% de países a nivel mundial, representando un aumento de su uso en los últimos 10 años (figura 2). En Norteamérica y Sudamérica, las regiones donde más se utilizan estas tecnologías, se producen y transfieren más de un 70% de embriones de PIVE respecto a un 30% de MOET (1.455.506 vs 238.574 embriones). En Europa los números actuales demuestran una tendencia inversa donde se producen más embriones de MOET (134.386 embriones, 76%) que de PIVE (42.410 embriones, representando el 24%).

A nivel mundial, la PIVE ha aumentado en su utilización un 32,8% en 2021 respecto a 2019, mientras que la MOET se vio incrementada únicamente un 6.5% en el mismo periodo. La MOET pasó de transferir 294.670 embriones en 2019 a 313.780 en 2021, mientras que la PIVE incrementó de 878.181 en 2019 a 1.166.034 en 2021. En particular, en España, en 2021 se reportaron 413 embriones producidos de MOET mientras que de PIVE fueron 1.940. También hay que destacar que la producción in vitro de embriones es tan utilizada en vacuno de carne como en vacuno lechero, y que Sudamérica es el mayor promotor de la misma. La PIVE también demostró un incremento en su utilización en todas las especies ganaderas en el mundo, especialmente en équidos, observando un aumento del 57.6% en 2021 (6.078 embriones) respecto 2019 (3.857 embriones) [IETS; 2021].

Figura 2. Número de embriones bovinos (producidos in vivo [MOET], producidos in vitro [PIVE] y total) registrados en el periodo 2002-2021. [IETS; 2021].

El estrés por calor es un problema que ha ido en aumento en los últimos años debido al incremento de la temperatura global y al cambio climático. Mientras que, con la IA en épocas de calor, la fertilidad baja por encima de un 20% dependiendo de si es un verano más o menos caluroso, con la transferencia de embriones se calcula que la bajada de la tasa de fertilidad se reduce únicamente un 10%, eliminando estas pérdidas gestacionales debido al calor. Transferir un embrión, elimina los factores relacionados con la calidad ovocitaria, anovulación, daño oviductal o daño espermático durante el transporte uterino incrementando la tasa de gestación, sobre todo en vacas multíparas, que son las que tienen la mayor capacidad productiva de una granja pero la peor fertilidad [Baruselli, P.S. et al; 2020]. Una estrategia que se está comenzando a seguir a nivel mundial es producir y congelar embriones en épocas de baja temperatura donde los ovocitos son de buena calidad, para su posterior uso en épocas de calor.

Durante el 2021, en Ovatec S.L., laboratorio situado en Cataluña se analizaron 458 embriones transferidos en vacas repetidoras con una media de 4.4 inseminaciones previas en invierno y en verano. Los resultados de preñez obtenidos a los 45 días de gestación fueron del 54.21% y 31.66% en invierno y en verano respectivamente. Teniendo en cuenta el tipo de hembra receptora, los resultados son muy prometedores en ambas épocas del año.

La PIVE todavía presenta importantes problemas científicos que necesitan ser investigados. Uno de los principales son las pérdidas de estos embriones durante la gestación. El porcentaje medio de vacas gestantes después de una transferencia de embriones PIVE es del 40% a los 40 días de gestación, del 35% a los 90 días y del 27% al parto [Ealy, A. et al; 2019].

Uno de los factores más importantes de estudio es determinar la fertilidad del embrión producido in vitro previamente a su transferencia en la hembra receptora. La IETS, en su manual, ha descrito características morfológicas para clasificar la calidad de los embriones según la apariencia de sus blastómeros, la forma del blastocele, el grosor de la Zona Pelúcida, el estadio del embrión según los días de desarrollo, etc. Aunque estas calificaciones son las más utilizadas, se continúan estudiando parámetros más objetivos que la morfología, como serían metabolitos en los medios de cultivo de los embriones, tinciones vitales, genómica de células del embrión, proteómica no invasiva del embrión o de sus medios de cultivo, etc. En la actualidad, se están llevando a cabo numerosas investigaciones sobre este tema tanto para determinar la calidad del embrión como para determinar la calidad del ovocito del cual se producen. Estos estudios en vacuno, además, están sirviendo como modelo para el estudio de ovocitos y embriones humanos por su importancia tan creciente en las técnicas de reproducción asistida [Wrenzycki; 2021]. Otro de los temas que necesita gran refuerzo es la criopreservación de los embriones, imprescindible para su utilización y comercialización.

La criopreservación es una técnica que tiene por objetivo frenar la actividad biológica de células y/o tejidos mediante su conservación a temperaturas por debajo de los 0°C para hacer un uso futuro. Actualmente, representa una parte importante del manejo reproductivo del ganado bovino como la IA y la transferencia de embriones. Según la IETS (2021), la proporción mundial de embriones congelados producidos in vitro y transferidos en una vaca receptora muestra una tendencia ascendente desde el 2012 (10%) representando el 32.6% del total de transferencias de 2021.

Si bien hay un aumento significativo en el uso de embriones congelados, exponer a las células a temperaturas tan bajas puede dar lugar a riesgos como la formación de cristales de agua, originando muerte celular. Para evitar tales efectos se utilizan crioprotectores, moléculas que protegen a las células de los efectos de las temperaturas bajo 0°C y del posterior calentamiento. Su función es competir con las moléculas de agua interfiriendo en la generación de los puentes de hidrógeno, consiguiendo la deshidratación/hidratación parcial de los embriones.

Los dos métodos actualmente utilizados para criopreservar embriones son la congelación lenta y la vitrificación. La congelación lenta es un proceso de enfriamiento lento y la descongelación consiste en un calentamiento rápido, que evita de nuevo la formación de cristales y que permite su fácil manejo en granja. La vitrificación es un mecanismo de enfriamiento ultra rápido con el que se consigue la ausencia de formación de cristales. La desvitrificación se debe hacer también de forma ultra rápida. El inconveniente de esta técnica en la actualidad es la necesidad de un laboratorio especializado para realizar el proceso de desvitrificación, haciendo difícil su uso de forma rutinaria en granjas alejadas del laboratorio [César Serrano Novoa DA; 2002][Tavukcuoglu S; 2012].

En cuanto a la comparativa entre ambas técnicas de criopreservación, los resultados evidencian una mayor fertilidad obtenida con congelación lenta que con vitrificación para embriones in vivo. Si bien las comparativas realizadas sobre la fertilidad obtenida de embriones transferidos en fresco y criopreservados muestran mejores resultados por parte de los primeros, la practicidad que ofrecen los embriones congelados para poder transferir directamente en la hembra receptora es indiscutible. A su vez, los embriones congelados pueden ser transportados a cualquier parte del mundo en nitrógeno líquido para ser transferidos en el momento deseado [Hansen PJ; 2020].

Según el censo de vacas en ordeño, en 2021 España contaba con 824.155 animales [MAPA;2022]. En función de la zona donde se encuentre este ganado y teniendo en cuenta el aumento de las temperaturas debido al cambio climático, la utilización de embriones in vitro es una estrategia muy interesante para preñar vacas con estrés por calor. A su vez, esta tecnología permite mejorar la genética del ganado en un corto periodo de tiempo y exportar/importar genética de interés a/de otros países. Para cualquier consulta ponemos a disposición nuestra página web: www.ovatecfiv.com.

César Serrano Novoa DA, Sierra R, Sanchez JE, Restrepo LF, Esp E, Olivera Angel M. Evaluación de dos métodos de criopreservación sobre la calidad de embriones producidos in vitro. Rev Col Cienc Pec. 2002;15:286.

Ealy, A. D., L. K. Wooldridge, and S. R. McCoski. 2019. Board Invited Review: Post-transfer consequences of in vitro-produced embryos in cattle. J. Anim. Sci. 97:2555–2568.

MAPA (Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación). 2022. “Estructura del sector vacuno lechero en España y en la Unión Europea: 2017-2021”, Subdirección General de Producciones Ganaderas y Cinegéticas, Dirección General de Producciones y Mercados Agrarios.

Hansen PJ. The incompletely fulfilled promise of embryo transfer in cattle-why aren’t pregnancy rates greater and what can we do about it? J Anim Sci. 2020;98(11):1–20.

IETS (International Embryo Technology Society). 2021 Statistics of embryo production and transfer in domestic farm animals. Embryo Technol Newsl. 2022;40(4):22–40.

Tavukcuoglu S, Al-Azawi T, Khaki AA, Al-Hasani S. Is vitrification standard method of cryopreservation. Middle East Fertil Soc J. 2012;17(3):152–6.

Wrenzycki C. Parameters to identify good quality oocytes and embryos in cattle. Reprod Fertil Dev. 2021 Dec;34(2):190-202.