Descubre el fascinante proceso de la ovulación y su importancia en la reproducción de mamíferos. Conoce los avances científicos recientes.
Graban la ovulación de principio a fin: una ventana al inicio de la vida. Fuente: Nature cell biology - Ovulación real
Eugenio M. Fernández Aguilar
Físico, escritor y divulgador científico. Director de Muy Interesante Digital
24.11.2024
El proceso de ovulación es un proceso fundamental para la reproducción en mamíferos, un pilar de la persistencia de cualquier especie. Hasta ahora su observación directa en tiempo real había sido una tarea casi imposible. En este proceso complejo y sincronizado intervienen cambios celulares y moleculares que ocurren en cuestión de horas. Su estudio ha dependido en gran medida de métodos indirectos como análisis genéticos o tejidos fijos. Gracias a avances recientes, un equipo de investigadores del Instituto Max Planck en Alemania ha logrado observar y registrar la ovulación de principio a fin en folículos ováricos de ratón cultivados ex vivo, marcando un hito en la biología reproductiva.
En su publicación en Nature Cell Biology, los autores describen cómo adaptaron técnicas de cultivo y microscopía avanzada para documentar los tres principales eventos de la ovulación: la expansión, contracción y ruptura del folículo ovárico. Gracias a este enfoque se ha permitido identificar los mecanismos clave que impulsan cada fase, proporcionando una visión sin precedentes de este proceso crítico para la fertilidad. Este artículo desglosa sus descubrimientos y reflexiona sobre el impacto que tienen en nuestra comprensión de la reproducción.
El folículo como unidad funcional en la ovulación
Los folículos ováricos son estructuras que contienen un óvulo inmaduro rodeado por células especializadas que apoyan su desarrollo. Durante la ovulación, el folículo se transforma drásticamente. En este estudio, los investigadores han demostrado que los folículos aislados pueden replicar las dinámicas de la ovulación in vivo. Utilizando microscopía confocal y de dos fotones, observaron que más del 90 % de los folículos cultivados liberaron el óvulo exitosamente tras 12 horas de estimulación hormonal, un resultado consistente con los tiempos observados en animales vivos.
El equipo confirmó que la funcionalidad de los folículos aislados no depende de las señales externas del ovario. Este hallazgo sugiere que los mecanismos necesarios para la ovulación están “autocontenidos” en el folículo. Según los autores, esta capacidad de funcionar de manera independiente hace que los folículos sean unidades experimentales ideales para estudiar aspectos clave de la biología reproductiva.
Extracción de ovocitos. Fuente: iStock / Svitlana HulkoFases de la ovulación: expansión, contracción y ruptura
El proceso de ovulación es esencial para la reproducción, pero su complejidad ha dificultado su estudio directo. En este reciente avance científico, los investigadores han identificado y documentado tres fases principales de la ovulación que permiten la liberación del óvulo desde el folículo ovárico: expansión del folículo, contracción del folículo y ruptura/liberación del folículo. Estas etapas representan una secuencia coordinada de eventos biológicos que culminan en la expulsión del óvulo, listo para la fertilización.
Demostramos que la ovulación transcurre en tres fases distintas: expansión del folículo (I), contracción (II) y ruptura (III), culminando con la liberación del óvulo. La expansión del folículo está impulsada por la secreción de ácido hialurónico y el flujo de líquido dirigido por un gradiente osmótico hacia el interior del folículo. Autores del estudio
Imágenes confocales e ilustraciones muestran las etapas de la ruptura folicular: ruptura de fluido, ruptura celular y liberación del óvulo. Fuente: Nature cell biology
Expansión del folículo
Esta fase inicial es impulsada por la secreción de ácido hialurónico (HA) por las células cumulares internas del folículo. El HA genera un gradiente osmótico que provoca una entrada de fluidos hacia el interior del folículo, aumentando su volumen en un 45 % respecto al inicial. Este cambio estructural prepara al folículo para los eventos posteriores de la ovulación.
El estudio demostró que, al inhibir la síntesis de HA utilizando una molécula conocida como 4-MU, la expansión del folículo se bloquea completamente. Como resultado, el folículo no puede liberar el óvulo, lo que subraya la importancia crucial del HA en este proceso.
Contracción del folículo
La segunda fase comienza aproximadamente a las 8 horas después de la estimulación hormonal y se caracteriza por la contracción sincronizada de células musculares lisas en la capa externa del folículo. Estas contracciones reducen el volumen del folículo y son esenciales para dirigir la presión hacia la pared externa.Este estudio mostró que estas contracciones dependen en gran medida de la producción de energía en las mitocondrias de estas células y de la actividad del complejo actomiosina.
Se identificó que genes relacionados con la contracción muscular, como Myl9 y Acta2, están altamente expresados durante esta etapa. Experimentos con inhibidores específicos del complejo actomiosina, como el blebbistatin, demostraron que la inhibición de este sistema bloquea completamente las contracciones y, por ende, la ovulación. Además, se observó que las mitocondrias generan grandes cantidades de energía durante esta fase, lo que sugiere que el metabolismo energético juega un papel central en la contracción folicular. Este estudio identificó que las contracciones dependen de señales hormonales clave, como la progesterona y la endotelina 2. Experimentos realizados con inhibidores de estas moléculas mostraron que la interrupción de estas señales impide la contracción, lo que también bloquea la liberación del óvulo.
Ruptura y liberación del óvulo
En la última etapa, el folículo ovárico experimenta un debilitamiento localizado en su pared externa, conocido como formación del estigma, que ocurre en la zona más delgada de la estructura. Este punto vulnerable permite que la presión acumulada en el folículo provoque su ruptura, liberando el óvulo junto con las células cumulares que lo rodean.
El estudio destacó que esta ruptura está facilitada por enzimas, particularmente la metaloproteasa 2 (MMP2), que degrada la matriz extracelular en el sitio del estigma. Cuando la actividad de esta enzima fue bloqueada, los folículos no lograron liberar el óvulo, evidenciando el papel esencial de las proteasas en este proceso.
Esquema del sistema de cultivo de folículos antrales y configuración de imagen en vivo, acompañado de ilustraciones e imágenes confocales que muestran las fases de la ovulación. Fuente: Nature cell biology
Los vídeos de la ovulación desde el principio hasta el final
Los estudios de imagen en vivo de la ovulación han sido limitados por la dificultad de acceso al ovario, el breve marco temporal en que ocurre el proceso y la imprevisibilidad del sitio de ovulación. En este trabajo, se desarrolló un sistema para observar todo el proceso ovulatorio en folículos de ratón (Mus musculus) aislados, validado mediante secuenciación de ARN de una sola célula (scRNA-seq) e inmunofluorescencia de las vías clave implicadas en la expansión y contracción folicular. Los resultados muestran que los folículos aislados actúan como unidades funcionales autónomas, respondiendo al estímulo ovulatorio y completando el proceso con cambios consistentes con los observados in vivo.
Movimientos celulares y del oocito en el folículo ovárico
Este video utiliza microscopía confocal para observar la ovulación en un folículo ovárico aislado. El folículo está marcado con fluorescencia en la membrana celular (Myr–TdTomato; verde) y los cromosomas (H2B–GFP; magenta). Permite un análisis detallado de los movimientos tanto de las células foliculares como del oocito dentro del folículo (resaltado en un recuadro).
Baja división celular durante la expansión folicular
Se muestra la ovulación en alta resolución con los mismos marcadores fluorescentes: membrana celular (Myr–TdTomato; verde) y cromosomas (H2B–GFP; magenta). Este video destaca que durante la fase de expansión del folículo, los niveles de división celular son muy bajos, indicados por anillos amarillos visibles.
Las tres etapas de la ruptura folicular: visualización de la ovulación con marcadores fluorescentes
En este video, se muestra la ovulación en un folículo ovárico aislado que expresa marcadores fluorescentes para la membrana celular (Myr–TdTomato; verde) y los cromosomas (H2B–GFP; magenta), además de estar inyectado con dextrano fluorescente en el antro folicular para rastrear el movimiento del fluido folicular (rojo). Las imágenes destacan las tres etapas principales de la ruptura del folículo: ruptura de fluido (I), ruptura celular (II) y liberación del óvulo (III).
Reconstrucción 3D del movimiento del oocito durante la ovulación
Utiliza un marcador específico para el oocito, Oct4–GFP, que permite generar reconstrucciones 3D de la superficie del óvulo (verde). Esto facilita el seguimiento tridimensional del movimiento del óvulo durante la ovulación. También se incluye luz transmitida para visualizar detalles adicionales.
Implicaciones en la fertilidad y la fecundación
El estudio que documenta la ovulación de principio a fin tiene implicaciones directas en la fertilidad y la fecundación, al aportar una comprensión sin precedentes de los mecanismos que regulan este proceso esencial. Por un lado, este conocimiento es clave para diagnosticar problemas ovulatorios como el síndrome de ovario poliquístico o la insuficiencia ovárica prematura, que afectan la capacidad de concebir. Además, identificar moléculas fundamentales como el ácido hialurónico o la endotelina 2 permitirá desarrollar terapias más eficaces para regular o mejorar la ovulación, beneficiando tanto a mujeres con ciclos anovulatorios como a quienes recurren a tratamientos de reproducción asistida.
En el campo de la fecundación, estas observaciones pueden relacionar la mecánica de la ovulación con la calidad del óvulo liberado, un factor crucial para el éxito de la fertilización. También abren nuevas oportunidades para optimizar la extracción de óvulos en la fecundación in vitro y manipular el entorno folicular (fluido y células cumulares), mejorando las tasas de éxito en inseminación artificial o FIV.
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Referencias
Thomas, C., Marx, T. L., Penir, S. M. & Schuh, M. (2024). Ex vivo imaging reveals the spatiotemporal control of ovulation. Nature Cell Biology, 26, 1997-2008. https://doi.org/10.1038/s41556-024-01524-6.
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