La création de spermatozoïdes, un processus vital pour la reproduction humaine, est un sujet complexe et fascinant. Cet article explore en détail comment le corps masculin produit ces cellules reproductrices, leur parcours, les facteurs qui influencent leur qualité et les avancées scientifiques qui ouvrent de nouvelles perspectives pour le traitement de l'infertilité masculine.
La spermatogenèse : l'usine à spermatozoïdes
Chez l’homme, les spermatozoïdes sont produits de façon continue dans les testicules. Ce processus, appelé spermatogenèse, se déroule dans les tubes séminifères, de petits tuyaux ouverts à une extrémité, qui constituent les testicules. La spermatogenèse est orchestrée par l’hypophyse et l’hypothalamus, deux glandes hormonales situées à la base du cerveau.
La spermatogenèse est quantitativement très importante, avec des centaines de millions de spermatozoïdes fabriqués chaque jour. La spermatogenèse commence par la division de cellules souches appelées spermatogonies. Elles forment des spermatocytes. Chaque seconde, des milliers de spermatocytes sont formés. Leur production est permanente. Ces spermatocytes se divisent à leur tour et forment des spermatides, qui se différencieront progressivement en spermatozoïdes. Il faut soixante-douze jours pour qu'un spermatozoïde soit constitué.
L'ensemble de ces phénomènes a lieu dans les tubes séminifères. Les spermatogonies se trouvent en périphérie et plus la différenciation en spermatozoïdes progresse, plus les cellules migrent vers le centre du tube. Une fois les spermatozoïdes formés, ils se détachent de la paroi interne du tube et sont expulsés par l'épididyme par des contractions du testicule, où ils seront stockés.
Le rôle crucial des hormones
La production de spermatozoïdes dans les tubes séminifères du testicule est régulée par la testostérone, dont la production est elle-même contrôlée par des hormones secrétées par le complexe hypothalamo-hypophysaire, situé à la base du cerveau. Mais la testostérone agit elle-même en retour sur le cerveau…
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La LH active la production de testostérone dans les testicules pour fabriquer les spermatozoïdes et la FSH stimule les cellules de Sertoli, impliquées dans la production du sperme. LH et FSH sont indispensables à la fabrication des spermatozoïdes dans les tubes séminifères. En permanence, la testostérone sécrétée par les testicules agit aussi sur le complexe hypothalamo-hypophysaire. Plus la concentration en testostérone augmente, moins l'hypophyse sécrète de FSH et de LH. Au contraire, si la concentration en testostérone diminue, l'hypophyse sécrète une quantité accrue de LH et de FSH. Ce phénomène est qualifié de rétrocontrôle négatif exercé par le testicule sur le complexe hypothalamo-hypophysaire.
La maturation des spermatozoïdes
Un canal de 7 mètres replié sur lui-même coiffe chaque testicule. Hors du corps, les testicules se maintiennent à 35° C environ, gage d’une production de bonne qualité. Chaque testicule est constitué de centaines de petites poches : les lobules testiculaires, qui contiennent de petits tuyaux ouverts à une extrémité (tubes séminifères). A la périphérie de ces tubes, des cellules se divisent indéfiniment. Certaines se transforment en spermatozoïdes et tombent dans le tube jusqu’à l’épididyme, un canal de 7 mètres replié sur lui-même, qui coiffe chaque testicule.
Les spermatozoïdes sont maturés pendant vingt jours dans l’épididyme. Composés d’une tête (5 à 6 micromètres) contenant l’information génétique, ils se dotent d’une queue (flagelle de 50 micromètres) pour leur mobilité et d’un nez (acrosome) formé d’enzymes indispensables à la fécondation de l’ovocyte. Ces spermatozoïdes matures sont stockés dans ce même canal (jusqu’à deux mois). Immobiles, ils attendent la prochaine érection, synonyme d’une possible libération.
Le parcours des spermatozoïdes
Un spermatozoïde est un gamète mâle fabriqué dans les tubules séminifères situés dans les testicules. « La production quotidienne de spermatozoïdes dans les testicules est considérable et peut atteindre plusieurs millions par jour », précise le sexologue Sébastien Garnero. Une fois produits dans les tubes séminifères des testicules, les spermatozoïdes encore immatures migrent vers l’épididyme pour y achever leur maturation.
On peut schématiquement résumer la trajectoire des spermatozoïdes, dans l’appareil masculin, en sept étapes :
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- Phase de l’épididyme et maturation: les spermatozoïdes achèvent leur maturation dans l’épididyme, où ils acquièrent leur mobilité, transitent.
- Phase vaginale suite à l’éjaculation dans le vagin: les spermatozoïdes sont expulsés dans le haut du vagin suite à l’éjaculation.
- Phase du col de l’utérus: la glaire cervicale, produite par le col de l’utérus, varie au cours du cycle menstruel.
- Phase de passage dans les trompes de Fallope: la rencontre entre un spermatozoïde et un ovule a généralement lieu dans la partie ampullaire des trompes de Fallope.
- Phase d’implantation: la morula atteint finalement l’utérus et continue son processus de divisions cellulaires.
« La trajectoire des spermatozoïdes (décrite précédemment) est similaire chez la plupart des hommes en bonne santé physique. Une pluralité de facteurs peut néanmoins perturber leur cheminement tels que l’âge, des pathologies ou autres troubles médicaux spécifiques », nuance Sébastien Garnero. Mais aussi : en cas de pathologies spécifiques urologiques type éjaculation antérograde, une partie ou la totalité du sperme est éjaculée dans la vessie plutôt que d’être expulsé via l’urètre à l’extérieur du corps. « Ce phénomène, peut provenir de troubles du sphincter vésical ou de problèmes neurologiques », précise le sexologue. En cas d’éjaculation rétrograde, les spermatozoïdes présents dans le sperme éjaculé peuvent être récupérés dans les urines après l’acte sexuel.
L'éjaculation : le voyage vers la fécondation
Quand l’homme est excité sexuellement, le cerveau réagit et orchestre l’érection. La verge est constituée de 3 cylindres : deux corps caverneux et un corps spongieux, entourés d’une tunique fibroélastique. Chaque cylindre est traversé par une grosse artère. Sous l’action du système nerveux sympathique, les nerfs érecteurs de la verge, reliés à ces artères, sont activés. Le sang afflue alors, les corps caverneux se gonflent et raidissent.
Quand l’homme éjacule, des contractions rapides de la prostate, de l’urètre et des muscles à la base du pénis poussent les spermatozoïdes dans le canal déférent, jusqu’à la prostate en passant par les vésicules séminales. Le liquide qui les contient s’enrichit au passage des fluides séminal et prostatique. A la base du pénis, s’y ajoutent les sécrétions de la glande de Cowper. Le sperme atteint l’urètre et est expulsé par l’orifice urogénital à 16 kilomètres à l’heure. L’homme libère 2 à 5 millilitres de sperme contenant plus de 20 millions de spermatozoïdes par millilitre.
Facteurs influençant la production et la qualité des spermatozoïdes
Plusieurs facteurs peuvent influencer la production et la qualité des spermatozoïdes, notamment :
- La température: Hors du corps, les testicules se maintiennent à 35° C environ, gage d’une production de bonne qualité. Une élévation de température des testicules est délétère : en effet, les enzymes participant à la production des spermatozoïdes sont sensibles à la chaleur. C’est pourquoi, dans l’espèce humaine, les testicules sont dans les bourses, sous le ventre, avec un système de refroidissement unique, lié au réseau vasculaire artério-veineux. Il est donc capital de limiter au maximum l’élévation de température scrotale. Les sous-vêtements amples, comme les boxers, peuvent vous y aider.
- Les hormones: Ne pas perturber l’action des hormones qui stimulent votre production de spermatozoïdes par les testicules. La prise d’hormones sexuelles pour leurs effets anabolisants (patients pratiquant la musculation) : en effet ces hormones ont un effet freinateur puissant sur votre spermatogenèse et mettent un frein à votre production de spermatozoïdes.
- L'abstinence: Dans l’espèce humaine, la production de spermatozoïdes est continue et les spermatozoïdes produits sont acheminés passivement jusqu’à un réservoir en attente de la prochaine éjaculation. Dans ce réservoir, ils ne sont vivants que quelques jours; c’est pourquoi une abstinence longue (>7 jours) augmente significativement le pourcentage de spermatozoïdes morts dans un éjaculat. Le délai de 3-5jours (étendu à 2-7 jours) permet pour le patient qui fait une analyse diagnostique de sperme de se mettre dans les conditions pré-analytiques recommandées par l’Organisation Mondiale de la Santé : cela permet à un moment donné de récupérer dans l’éjaculat le maximum de spermatozoïdes bien vivants (mobiles); il ne s’agit pas d’une « recette » à respecter au quotidien.
- L'alimentation: Une alimentation équilibrée, riche en vitamines et sels minéraux (notamment zinc et sélénium) est importante. Eviter de boire des sodas type Coca Cola, Fanta, ….
- Les perturbateurs endocriniens: De nombreux perturbateurs endocriniens sont liposolubles et agissent en perturbant l’action des hormones sexuelles. Ce sont les mêmes pour les hommes et les femmes. Ils agissent sur la santé et la fertilité souvent de façon indirecte en perturbant l’action des hormones (perturbateurs endocriniens, mais pas seulement).
- L'activité physique: L’activité physique : pratiquée régulièrement, une activité sportive améliore la condition physique et mentale, participe à la régulation énergétique (poids), stimule directement et indirectement la production d’hormones sexuelles et de spermatozoïdes.
- Le tabac et l'alcool: Arrêtez de fumer : le tabagisme peut diminuer la fertilité. Réduisez votre consommation d’alcool : tout comme pour le tabagisme, une consommation excessive d’alcool affecte la qualité des spermatozoïdes.
- Le stress: Essayez d’abaisser votre niveau de stress : un stress important peut limiter la production de spermatozoïdes.
- Les médicaments: Parlez à votre médecin de tous les médicaments que vous prenez : certains médicaments sur ordonnance, voire en vente libre, peuvent affecter la fertilité masculine.
La survie des spermatozoïdes
La durée de vie des spermatozoïdes dépend véritablement des conditions dans lesquelles ils se trouvent. Les spermatozoïdes peuvent mourir en quelques minutes ou survivre pendant des mois. Une fois hors du corps d’un homme, les spermatozoïdes peuvent mourir en quelques minutes. La glaire cervicale produite aux alentours de l’ovulation contribue à protéger les spermatozoïdes et les maintient en vie. Les spermatozoïdes ont besoin d’humidité et de chaleur pour survivre. Il est donc très peu probable qu’une femme puisse tomber enceinte à partir de spermatozoïdes se trouvant dans l’eau. Les spermatozoïdes peuvent survivre jusqu’à cinq jours dans le corps d’une femme.
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Si la cryogénisation des spermatozoïdes est légale dans votre pays, veuillez noter que les spermatozoïdes peuvent survivre pendant plusieurs dizaines d’années lorsqu’ils sont congelés à l’azote liquide (à une température de -196 °C). En réalité, les spermatozoïdes peuvent survivre indéfiniment s’ils sont conservés dans une banque de sperme. La plupart des banques de sperme au Royaume-Uni fixent habituellement la durée de conservation standard à 10 ans. La loi britannique repousse à 55 ans la conservation du sperme dans des circonstances particulières. Cependant, ces délais sont davantage dus à des raisons juridiques qu’à une quelconque date de péremption pour les spermatozoïdes congelés.
Les avancées scientifiques : la production de spermatozoïdes in vitro
Des chercheurs ont annoncé avoir réussi une première mondiale : la production en laboratoire de spermatozoïdes humains. Leurs travaux pourraient à terme aider certains hommes infertiles à devenir pères. Depuis quinze ans, plusieurs équipes dans le monde tentent d’obtenir des spermatozoïdes à partir de tissus prélevés sur le corps d’hommes infertiles souhaitant avoir un enfant biologique. Ce jeudi 17 septembre, des chercheurs de la start-up Kallistem1 ont annoncé officiellement y être parvenus !
Obtenir des spermatozoïdes humains complets in vitro à partir de prélèvements effectués chez des hommes infertiles : c'est la première mondiale réalisée par Kallistem. Cette start-up issue de l'Institut de génomique fonctionnelle de Lyon (CNRS/Inra/Ecole normale supérieure de Lyon/Université Claude Bernard Lyon 1) a développé une technologie de thérapie cellulaire permettant la différenciation des cellules souches germinales1 afin de produire, hors du corps, des spermatozoïdes morphologiquement normaux. « Nous avons accompli cette avancée grâce à un dispositif né d’une longue réflexion et de la combinaison de deux expertises, en culture cellulaire et en biomatériaux : le système Artistem. Ce dispositif permet de réaliser l’intégralité du processus naturel produisant les spermatozoïdes, aussi appelé spermatogenèse », précise la biologiste.
Le système Artistem
Concrètement, des portions de tubes séminifères prélevés chez l’homme sont introduites dans un tube de deux millimètres de diamètre fabriqué à partir d’un hydrogel en chitosane, une molécule présente naturellement dans la paroi de certains champignons. L’ensemble baigne dans un milieu de culture adapté contenant tous les éléments nécessaires à la multiplication et à la croissance des cellules germinales : nutriments, oxygène, hormones, etc. « Ce bioréacteur assure un confinement parfait des tubes séminifères, propice à une spermatogénèse intégrale.
L’équipe a d’abord testé son dispositif sur des tissus de rats et de singes. Résultat : « Après ouverture du bioréacteur et fragmentation des tubes séminifères, on a observé au microscope des spermatozoïdes », raconte Marie-Hélène Perrard. Les chercheurs ont ensuite travaillé avec des biopsies testiculaires de transsexuels. « Comme ces hommes désireux de devenir des femmes subissent un traitement hormonal qui stoppe leur spermatogenèse, ils se rapprochent du cas des jeunes garçons prépubères n’ayant que des spermatogonies ou des hommes infertiles à cause d’un blocage de la spermatogenèse », précise la biologiste. « La réalisation de la totalité de la spermatogenèse in vitro non pas chez une, mais trois espèces, montre combien la méthodologie de Kallistem est solide. Leur système de culture est un véritable exploit biotechnologique », souligne Hervé Lejeune, endocrinologue4 et membre du comité scientifique de Kallistem.
Les perspectives
Le dispositif de l’équipe lyonnaise pourrait aider deux types de patients. « D’une part, les garçons atteints d’un cancer, qui subissent avant leur puberté une radio ou une chimiothérapie pouvant altérer le fonctionnement de leurs testicules après la puberté. D’autre part, les hommes infertiles à cause d’un blocage de leur spermatogenèse (azoospermie sécrétoire), à condition cependant que leurs tubes séminifères contiennent des cellules germinales et des cellules de Sertoli (cellules nourricières des cellules germinales) », précise le biologiste. Au-delà de la procréation médicale assistée, le dispositif pourrait devenir un précieux outil pour la recherche.
Reste qu’« avant d’arriver à une possible utilisation de cette technique en clinique ou en recherche, d’autres études sont nécessaires », insistent les biologistes lyonnais, soucieux de ne pas donner de faux espoirs aux patients. Il faut notamment vérifier chez les rats que les spermatozoïdes obtenus in vitro sont en bon état biochimique, génétique et épigénétique (expression des gènes), qu’ils sont bien fécondants et qu’ils donnent naissance à des ratons avec des organes et un comportement complètement normaux.
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