Sept lectures illustrées de deux minutes sur la biologie, les méthodes de sélection et la clinique, la science sur laquelle EVA est bâtie.
Un spermatozoïde humain est bien plus qu'un simple véhicule pour l'ADN : c'est un système sensoriel et mécanique hautement organisé, construit à partir de trois parties spécialisées : la tête, la pièce intermédiaire et la queue.
La tête renferme un noyau étroitement compacté, son ADN condensé environ six fois plus densément que celui d'une cellule ordinaire grâce à des protéines appelées protamines. Elle est coiffée par l'acrosome, une réserve d'enzymes que la cellule utilise pour pénétrer les couches entourant l'ovocyte. La pièce intermédiaire est enveloppée d'une gaine de mitochondries, la centrale énergétique de la cellule, tandis que la queue (flagelle) est une prouesse d'ingénierie : un faisceau de microtubules en 9+2 entraîné par des protéines motrices, la dynéine, qui convertissent l'énergie chimique en un battement rythmique et ondulant.
Avant de pouvoir féconder un ovocyte, un spermatozoïde doit subir la capacitation, des changements membranaires et de signalisation déclenchés par le bicarbonate et le calcium qui « arment » la cellule et la font basculer vers un battement puissant et hyperactivé.
Fait remarquable, les spermatozoïdes peuvent percevoir leur environnement : des canaux thermosensibles leur permettent de détecter des gradients de température d'une fraction de degré et de s'orienter vers la chaleur, l'un des différents signaux naturels qui les guident vers l'ovocyte. C'est ce comportement, et non une force centrifuge, autour duquel EVA est conçue.
Atteindre l'ovocyte est un parcours du combattant. Parmi les millions de spermatozoïdes qui entament le trajet à travers le col de l'utérus et l'utérus, seules quelques centaines approchent un jour l'ovocyte qui attend dans la trompe. Y parvenir n'est pas une question de chance, c'est une question de navigation.
Les spermatozoïdes lisent une séquence de signaux. La rhéotaxie les oriente pour nager à contre-courant du léger flux qui s'écoule hors des voies génitales. La thermotaxie les fait remonter un gradient de température subtil vers le site de fécondation, plus chaud. La chimiotaxie les dirige vers les signaux chimiques libérés autour de l'ovocyte, et la thigmotaxie les maintient le long des parois et des contours des voies génitales.
Seules les cellules dotées de la motilité, de l'énergie et de la sensibilité nécessaires pour lire ces signaux arrivent à destination, le propre filtre de sélection de la nature. EVA recrée les mêmes signaux sur une puce afin que, tout comme dans le corps, les cellules les plus capables se sélectionnent elles-mêmes.
Le seul spermatozoïde qui féconde un ovocyte transmet la moitié du génome de l'embryon. Si cet ADN est endommagé, tout ce qui suit en est affecté, c'est pourquoi l'intégrité de l'ADN spermatique est devenue l'un des marqueurs les plus surveillés en médecine de la reproduction.
L'ADN spermatique est conditionné sous une tension extraordinaire : les protamines remplacent les histones habituelles pour le compresser environ six fois plus qu'une cellule normale, et la cellule mature n'a presque aucune capacité à réparer les dommages par elle-même. Cela rend deux menaces particulièrement sérieuses. Le stress oxydatif, un excès d'espèces réactives de l'oxygène, peut entailler et fragmenter les brins d'ADN. Et le stress mécanique, y compris les forces g de la centrifugation, peut aggraver ces dommages pendant la préparation.
Une fragmentation élevée de l'ADN est associée à des taux de fécondation plus faibles, un développement embryonnaire moins bon et un risque accru de fausse couche. Pourtant, les méthodes de préparation les plus courantes sélectionnent essentiellement sur la densité et la capacité à survivre à la centrifugation, non sur les cellules qui portent réellement un ADN intact.
C'est ce qui plaide en faveur d'une sélection plus douce, fondée sur le comportement. Lorsque les cellules sont choisies pour leur capacité à nager et à percevoir leur environnement, comme dans le corps, la fraction qui arrive à destination tend à être à la fois très mobile et structurellement saine. Protéger la cellule pendant la préparation n'est pas un raffinement superflu ; cela fait partie du choix de la bonne cellule.
Avant de pouvoir être utilisé en IIU, FIV ou ICSI, le sperme doit être séparé du plasma séminal, des débris et des cellules immobiles ou anormales. Deux méthodes dominent le laboratoire depuis longtemps.
Le swim-up est la méthode la plus ancienne et la plus simple : les spermatozoïdes mobiles nagent activement depuis le culot de l'échantillon jusque dans une couche propre de milieu au-dessus. Elle est peu coûteuse et douce, mais le rendement peut être faible, souvent seulement 10 à 25 %, dans des échantillons déjà pauvres en numération ou en motilité.
La centrifugation en gradient de densité (DGC) superpose l'échantillon brut sur des solutions de densité croissante et le centrifuge, de sorte que les cellules mobiles et morphologiquement normales traversent les couches pour sédimenter en un culot à l'extrémité du tube, tandis que les cellules immobiles, les débris et les leucocytes restent dans les couches supérieures. La DGC récupère davantage de cellules à partir d'échantillons de qualité médiocre, mais la force centrifuge elle-même peut augmenter le stress oxydatif et, dans certains échantillons, la fragmentation de l'ADN.
Chaque méthode est un compromis entre le nombre de cellules récupérées et la douceur avec laquelle elles sont traitées, et le domaine évolue résolument vers des approches qui travaillent avec la biologie du spermatozoïde plutôt que contre elle.
Au-delà du swim-up et de la DGC, une nouvelle génération de méthodes vise à sélectionner sur la qualité, et non seulement la densité, en exploitant ce que font les cellules individuelles ou comment leur surface se comporte.
Le tri cellulaire activé par magnétisme (MACS) marque les cellules mourantes (apoptotiques) avec des billes magnétiques et les retire, enrichissant la fraction saine. La liaison à l'acide hyaluronique sélectionne les spermatozoïdes matures par leur capacité à se lier à l'AH, la même molécule qu'ils doivent lier autour de l'ovocyte. Les méthodes électrophorétiques et fondées sur la charge séparent les cellules selon leurs propriétés de surface.
La sélection microfluidique est la plus physiologique de toutes : les cellules naviguent dans des microcanaux en répondant au flux, à la température et aux gradients chimiques, les mêmes signaux qu'elles lisent dans le corps, sans aucune centrifugation. La 6ᵉ édition de l'OMS reconnaît cette approche comme un domaine de recherche prometteur, en attente d'une validation plus large. C'est la famille à laquelle EVA appartient.
Le manuel de laboratoire de l'Organisation mondiale de la Santé (OMS) pour l'examen et le traitement du sperme humain (aujourd'hui dans sa 6ᵉ édition) est la référence utilisée par les laboratoires de fertilité du monde entier pour préparer le sperme en vue d'une IIU, d'une FIV ou d'une ICSI. Fait important, le manuel ne prescrit pas une seule « meilleure » méthode : il établit plutôt un cadre de principes que toute méthode validée doit satisfaire.
À la base, le cadre de l'OMS exige que la préparation du sperme élimine le plasma séminal, les leucocytes et les débris ; enrichisse l'échantillon en spermatozoïdes mobiles et morphologiquement normaux ; et minimise les dommages iatrogènes, c'est-à-dire les dommages causés par le processus de préparation lui-même, comme le stress oxydatif ou la fragmentation de l'ADN. Les laboratoires doivent utiliser des milieux stériles et non toxiques, maintenir un pH, une osmolarité et une température physiologiques, et éviter toute contamination.
Plutôt que d'imposer une technique spécifique, l'OMS demande à chaque laboratoire de valider localement sa propre méthode selon des critères de performance définis, taux de récupération, motilité, vitalité et intégrité de l'ADN, et d'intégrer cette méthode dans un système qualité plus large : lots de milieux documentés, paramètres de centrifugation, formation du personnel et participation à des évaluations externes de la qualité.
Le manuel distingue aussi ce qui convient selon la procédure. L'IIU nécessite généralement un rendement raisonnablement élevé de spermatozoïdes mobiles ; la FIV nécessite une population propre et mobile pour la co-incubation avec les ovocytes ; et l'ICSI ne nécessite qu'une poignée de cellules sélectionnées individuellement, de haute qualité. Les approches plus récentes, y compris les dispositifs microfluidiques qui sélectionnent le sperme par motilité ou par rhéotaxie sans centrifugation, sont explicitement reconnues par la 6ᵉ édition de l'OMS comme un domaine de recherche actif, bien que traitées comme optionnelles ou expérimentales en attendant une validation plus poussée, plutôt que comme un standard de soin.
En bref : les recommandations de l'OMS ne sont pas une recette, ce sont une barre de sécurité et de qualité que toute méthode, du swim-up vieux de plusieurs décennies à la toute dernière puce microfluidique, doit franchir avant d'avoir sa place dans un laboratoire de fertilité.
L'infertilité touche environ une personne sur six en âge de procréer dans le monde, selon l'OMS. Lorsque des couples ont besoin d'une aide médicale pour concevoir, trois procédures constituent l'essentiel de ce que l'on appelle la procréation médicalement assistée (PMA) : l'IIU, la FIV et l'ICSI. Elles ne sont pas interchangeables : chacune intervient à un point différent du processus de fécondation.
L'IIU (insémination intra-utérine) est la moins invasive : le sperme préparé est déposé directement dans l'utérus autour de l'ovulation, et la fécondation se produit toujours naturellement, à l'intérieur du corps. Elle est généralement utilisée pour des problèmes légers de qualité du sperme, une infertilité inexpliquée, ou des cycles avec sperme de donneur.
La FIV (fécondation in vitro) déplace la fécondation vers le laboratoire : les ovocytes sont prélevés et associés au sperme préparé dans une boîte, où la fécondation se produit par la rencontre spontanée du spermatozoïde et de l'ovocyte. Les embryons obtenus sont cultivés, puis transférés ou congelés.
L'ICSI (injection intracytoplasmique de spermatozoïde) est une technique dérivée de la FIV où un seul spermatozoïde est injecté directement dans un ovocyte à l'aide d'une microaiguille, en contournant les étapes que le spermatozoïde devrait autrement accomplir seul. Selon les données de registres européens citées par l'ESHRE, elle représente aujourd'hui environ les deux tiers des fécondations en PMA dans le monde, bien que les taux de grossesse par transfert d'embryon soient globalement similaires entre FIV et ICSI (29,4 % contre 27,7 % dans le jeu de données européen cité par l'ESHRE).
Le bon choix dépend de l'âge de la femme, de la réserve ovarienne, de l'état des trompes et, de façon déterminante, de la qualité du sperme. C'est précisément pourquoi la préparation du sperme compte autant : quelle que soit la procédure suivie par un couple, la qualité de la fraction spermatique qui atteint l'ovocyte (ou l'aiguille) influence les chances dès la toute première étape.