Spermacel met motor

Onderzoek leidt tot legertje superzaad

De spermakwaliteit is de laatste 40 jaar gekelderd, en niemand weet waardoor. Stamcellen, gentherapie en magnetische motoren moeten de kwaliteit van het sperma nu verhogen en van kinderloze mannen vaders maken.

De spermakwaliteit is de laatste 40 jaar gekelderd, en niemand weet waardoor. Stamcellen, gentherapie en magnetische motoren moeten de kwaliteit van het sperma nu verhogen en van kinderloze mannen vaders maken.

Shutterstock & claus lunau

Een zware verantwoordelijkheid rust op het iele lichaam van de zaadcel. Hij beweegt door een vreemde wereld waar gevaren overal op de loer liggen – en de toekomst van de mensheid hangt af van het verloop van de missie.

oor het zure milieu van de vagina, het kleverige slijm van de baarmoederhals en de nauwe doorgang van de eileider baant de spermacel zich een weg naar het eitje.

Maar de kans dat hij de finish bereikt, slinkt in de westerse wereld, waar spermacellen steeds slechter opgewassen zijn tegen de veeleisende missie.

Goed zaad voldoet aan 4 eisen

De vruchtbaarheid van de man hangt niet alleen af van het aantal spermacellen. De hoeveelheid zaadvocht en de vorm en de zwemkunsten van het sperma zijn net zo belangrijk.

Ruim voldoende zaadvocht

Een man loost over het algemeen 3 milliliter zaad per keer. Bij een geringere hoeveelheid sperma is de kans dat de man een vrouw zwanger maakt, ook geringer.

Veel spermacellen

Het sperma moet zeker 20 miljoen spermacellen per milliliter bevatten als één cel een reële kans wil maken om de finish te halen en het eitje te bevruchten.

Gezonde spermacellen

Normaal is de helft van de spermacellen misvormd, maar er zijn er in totaal zo veel dat dit niet erg is. Wijkt meer dan 85 procent echter af, dan daalt de vruchtbaarheid.

Goede zwemkunsten

Snelheid en zwemstijl bepalen mede het vermogen van een zaadcel om een eitje te bevruchten. Zeker de helft van de spermacellen moet snel en recht op het doel afgaan.

Een internationaal onderzoeksteam sloeg in 2017 alarm in een rapport waaruit blijkt dat jongemannen in Noord-Amerika, Europa en Australië nog maar half zo veel spermacellen produceren als 45 jaar terug.

Bovendien zijn er nu twee keer zo weinig doelgerichte zwemmers onder het sperma. Ongeveer 7 procent van alle mannen heeft zo’n slechte spermakwaliteit dat ze niet op natuurlijke wijze kinderen kunnen krijgen.

De oorzaak van de vruchtbaarheidscrisis is een mysterie, maar de verdenking valt op het soort stoffen die we in het dagelijks leven overal tegenkomen en waar mannen ook dik van kunnen worden.

Maar diverse strategieën kunnen onvruchtbare mannen helpen. Zo kunnen trage spermacellen hulp krijgen van een spiraalvormige magneet die werkt als buitenboordmotor, en voor mannen die totaal geen bruikbare zaadcellen aanmaken, komt er kunstmatig sperma dat in het lab wordt gemaakt uit stamcellen.

Meeste zaadcellen zijn misvormd

De zaadcellen worden geproduceerd in een stel lange, gedraaide buisjes in de testikels, die zijn bekleed met stamcellen.

Elke dag delen de stamcellen zich circa 250 miljoen keer, waardoor er even zoveel zaadcellen ontstaan.

Het hele proces van de allereerste celdeling tot de zwemklare spermacel duurt drie maanden, en er kan onderweg veel misgaan.

Een kwaliteitscontrole in de testikels elimineert al veel gebrekkig sperma, maar van de circa 200 miljoen spermacellen die naar het eitje worden gestuurd wanneer de man tijdens het vrijen een zaadlozing heeft, is maar een klein deel geschikt voor de taak.

Bij ongeveer de helft van de cellen slaat de staart niet of niet goed uit, waardoor de zaadcellen niet vooruitkomen.

Zelfs onder de zaadcellen die slagen voor de zwemtest, kan maar de helft koers houden en rechtuit zwemmen – de andere helft zwemt rondjes, zigzagt of schiet heen en weer, en heeft dus geen kans om het eitje te bevruchten.

Gezonde spermacel

© claus lunau

Normale spermacel

De kop bevat enzymen die het vlies van het eitje oplossen, plus de bijdrage van de man aan de genen van het kind.

Het middenstuk bevat de mitochondriën die de energie voor de zwemtocht leveren.

De staart zwiept heen en weer om de cel voort te drijven. Cellen met een lange, rechte staart zwemmen het best.

Als het hierbij blijft, zijn die fouten echter geen probleem. Een jongeman met een normale spermaproductie produceert 100 miljoen spermacellen per dag, dus zelfs als de helft niet kan zwemmen en de helft daar weer van niet kan navigeren, is er voldoende over om een vrouw zwanger te maken.

Maar als een man jaren wacht met het stichten van een gezin, loopt hij het risico dat hij geen vader kan worden.

Zowel de dagelijkse productie als de kwaliteit van zijn sperma nemen met de jaren drastisch af.

Al op 45-jarige leeftijd is de spermaproductie gehalveerd en is het aantal spermacellen dat niet kan zwemmen toegenomen met 30 procent. Met navigeren is het nog erger: slechts een vijfde komt vooruit.

Al met al zijn artsen van mening dat een man ouder dan 35 jaar nog maar half zo veel kans heeft om een vrouw in een jaar zwanger te maken als een man van onder de 25 jaar.

In de hele westerse wereld is het echter de trend om steeds later aan kinderen te beginnen.

Spermacellen van maar 0,05 millimeter groot moeten zo’n 200 millimeter door het vrouwenlichaam afleggen om de mannengenen bij het eitje te krijgen. Maar rond de helft van de spermacellen per zaadlozing is misvormd en kan de lange zwemtocht daardoor niet goed aan.

Spermacelmisvorming
© claus lunau

De kop van veel spermacellen is te lang, klein, groot of scheef.

Spermacelmisvorming
© claus lunau

Het middenstuk is krom of asymmetrisch.

Spermacelmisvorming
© Claus lunau

De staart is gespleten, gekruld of heeft een gezwel.

Spiraal zit sperma achter vodden

Gelukkig is er hulp. In een proef uit 2016 ontwikkelde een onderzoeksteam van het technisch onderzoeksinstituut IFW Dresden in Duitsland een soort buitenboordmotor voor spermacellen die slecht presteren op snelheid of navigatie.

De motor, een metalen spoeltje van 0,02 mm lang, schuift rond de staart van de zaadcel, waarna een draaiend magnetisch veld ervoor zorgt dat de zaadcel zich 6 centimeter per uur voortschroeft.

De uitvinding is met succes getest in het lab, en met geavanceerde scanapparatuur zullen de onderzoekers nu gaan proberen de gemotoriseerde spermacel 20 centimeter door de buik van een vrouw te sturen.

Zo zullen mannen met slecht zaad hun partner op een natuurlijkere en minder invasieve manier kunnen bevruchten dan het geval is bij kunstmatige bevruchting.

Als spermacellen niet goed met hun staart slaan, komen ze niet bij de eileider van de vrouw. Duitse onderzoekers willen dit probleem nu oplossen door de spermacellen een magnetische motor te geven.

Spermacel krijgt motor
© Medina-Sánchez & Ifw Dresden

Met behulp van een magneetveld wordt een spiraal naar een spermacel gestuurd en schuift hij over de staart.

Spermacel met motor en eicel
© Medina-Sánchez & Ifw Dresden

Het magneetveld draait en schroeft de spiraal naar voren. Doordat de kop van de spermacel te groot is om door de spiraal te passen, wordt de cel meegenomen.

Spermacel met motor
© Medina-Sánchez & Ifw Dresden

De spermacel wordt het eitje in gestuurd, waar de kop zich vastboort. Het draaiende magneetveld wordt gekeerd, waardoor de spiraal zich terugtrekt en van de staart af schuift.

Moderne levensstijl schaadt zaad

Eén milliliter goed sperma moet 20 miljoen zaadcellen bevatten, maar in het Westen produceren jongemannen slechts de helft.

De verslechtering is al vier à vijf decennia aan de gang, en het verschijnsel roept veel vragen op. De dalende trend doet zich niet voor in ontwikkelingslanden, en daarom denken veel onderzoekers dat de westerse levensstijl een grote rol speelt.

Wat het verband is, weten onderzoekers nog niet, maar in 2018 presenteerde dokter Alberto Ferlin van de Italiaanse universiteit van Brescia de opzienbarende resultaten van zijn studie.

Hij had grondig medisch onderzoek verricht bij 5177 jonge Italiaanse mannen die geen kinderen konden krijgen.

Ongeveer de helft van hen had een slechte spermakwaliteit, en juist deze mannen hadden ook vaker overgewicht, een hogere bloeddruk en cholesterolwaarden die richting diabetes gingen dan de andere proefpersonen met een goede zaadkwaliteit.

Gentherapie start de zaadproductie

Circa 1 procent van alle mannen maakt geen spermacellen aan. De oorzaak is vaak een genetische fout in de zogeheten sertolicellen van de testikels.

Die fout hebben Japanse onderzoekers hersteld bij muizen. Met gentherapie begonnen de onvruchtbare mannetjes spermacellen aan te maken, en de muizen werden vader van heel normale jongen.

De onderzoekers brachten een juiste versie van het defecte gen in bij een onschuldig virus en spoten dat in de muizenballen. Het virus besmette de sertolicellen en bracht zo het werkende gen over, waarna de zaadproductie begon.

Testikel van onvruchtbare muis
© Mito Kanatsu-Shinohara/PNAS

Voor

Muizenspermacellen
© Mito Kanatsu-Shinohara/PNAS

Na

Het onderzoek toonde bovendien aan dat een zeer groot deel van de mannen met een slechte spermakwaliteit tegelijkertijd over een zeer laag niveau van het mannelijke
geslachtshormoon testosteron beschikte.

Het is bekend dat testosteron belangrijk is voor de productie van spermacellen, maar het verband tussen spermakwaliteit en de genoemde leefstijlziekten is niet eenvoudig te verklaren.

Mogelijk ligt het aan hormoonverstorende stoffen als ftalaten en bisfenol A, die plastic verpakkingen en speelgoed zachter maken en in schoonheidsproducten zitten om parfum beter op te laten lossen in shampoo en crème en om nagellak niet te laten craqueleren.

Veel hormoonverstorende stoffen lijken sterk op het vrouwelijke geslachtshormoon oestrogeen en kunnen dus van invloed zijn op de hormoonhuishouding.

Al eerder is uit onderzoek gebleken dat de stoffen het risico op hart- en vaatziekten en overgewicht fors vergroten en in het bijzonder de productie van testosteron bij mannen verminderen.

Hormoonverstorende stoffen in het milieu kunnen dus de schakel zijn tussen slechte spermakwaliteit en leefstijlziekten, zoals uit de Italiaanse studie blijkt.

Onderzoekers maken kunstsperma

Hormoonverstoorders zitten in producten waarmee we in de westerse wereld omringd zijn, waardoor het probleem niet op korte termijn op te lossen is.

Terwijl de effecten van de stoffen worden onderzocht, proberen andere onderzoekers de zwaarst getroffen mannen te helpen om vader te worden.

Muizen

De vader van deze muisjes is onvruchtbaar. Ze zijn geboren uit kunstmatige spermacellen.

© XIAO-YANG ZHAO, JIAHAO SHA & QI ZHOU

Kweek van staartloze zaadcellen in het lab

Chinese onderzoekers slaagden er in 2016 in om stamcellen van muizenfoetussen te transformeren tot zaadcellen. Deze kunstcellen hadden geen staart en moesten dus direct in een eitje worden gespoten, maar er kwamen gezonde muisjes uit.

De stamcellen werden in voedingsvloeistoffen met groeifactoren gedurende zeven dagen opgekweekt tot spermacellen.

Met behulp van cellen van muizenballen en testosteron veranderden ze daarna in echte geslachtscellen. De onderzoekers hopen nu ook bij mensen resultaten te kunnen boeken.

Wie geen bruikbare zaadcellen produceert, kan ze wellicht kunstmatig laten opkweken.

Qi Zhou van de Chinese Academie van Wetenschappen in Peking heeft bij muizen stamcellen afgenomen en ze opgekweekt in een milieu als in de testikels.

Binnen drie weken ontwikkelden de stamcellen zich tot primitieve zaadcellen zonder staart, die 158 eitjes hebben bevrucht.

Vervolgens plaatste de arts de embryo’s in de baarmoeder van vrouwtjesmuizen, zoals dat ook gaat bij een gewone kunstmatige bevruchting, waarna zes vrouwtjes een gezond muisje baarden.

Dit baanbrekende onderzoek toont aan dat het mogelijk is om goed functionerende zaadcellen buiten het lichaam op te kweken uit stamcellen.

Hoewel de methode alleen op muizen is getest, geeft het experiment hoop dat die ook met menselijk sperma zal werken, zodat onvruchtbare mannen in de toekomst toch vader kunnen worden.