La tecnología de la criopreservación de semen bovino

La obtención de material seminal bovino se ha utilizado en programas de mejoramiento, con el fin de criopreservar los espermatozoides de animales de alto mérito genético y formar bancos de germoplasma para la preservación de razas criollas.

La presente cartilla tiene como objetivo principal dar una guía de manejo del material seminal bovino desde su colecta y envío hasta su llegada al laboratorio, dado que este manejo puede afectar su viabilidad y la emisión de un concepto favorable que permita su criopreservación.

Las pajillas criopreservadas pueden ser utilizadas en procesos de inseminación artificial o fertilización in vitro.

Las biotecnologías reproductivas son una herramienta de gran importancia en los hatos ganaderos ya que permiten acelerar las ganancias genéticas, mejorar las eficiencias productivas, tener un mayor control del estatus sanitario y manipular los ciclos de producción para maximizar los parámetros de desempeño. De forma particular, la inseminación artificial (ia) y la criopreservación de espermatozoides representan los avances tecnológicos que mayor impacto han tenido sobre la industria de mejoramiento genético en bovinos. La implementación de estas biotecnologías ha hecho posible la diseminación de material reproductivo de animales seleccionados alrededor del mundo, ya que permite escoger solo los mejores reproductores como parentales de la siguiente generación, lo que resulta en la obtención de un gran número de crías por toro.

La inseminación artificial (figura 1a) originalmente fue desarro-llada por razones sanitarias; sin embargo, una vez las técnicas de criopreservación estuvieron disponibles, sus ventajas económi-cas se hicieron evidentes por sus mejoras en la fertilidad y por la aceleración del progreso genético. En la actualidad, con la produc-ción in vitrode embriones (pive), la posibilidad de reducir el número de espermatozoides por dosis durante la fertilización in vitro (fiv) (figura 1b) sin comprometer la tasa de fertilidad, es un factor que permite aumentar el número de concepciones y crías obtenidas a partir de toros y vacas genéticamente superiores.

Figura 1. Usos del semen bovino criopreservado. a. Proceso de inseminación artificial en una vaca; b. Fertilización in vitro de oocitos bovinos.Fuente: Elaboración propia

Para alcanzar altas tasas de fertilidad con las pajillas criopreservadas, se requiere un estricto manejo desde la colecta del semen y envío, así como durante los procesos en campo en la ia o los de laboratorio en la fiv.

Lo anterior incluye la colección del material seminal por unidades de colecta certificadas ante el Instituto Colombiano Agropecuario (ica), y la posterior evaluación y procesamiento de las muestras en centrales o laboratorios certificados ante el ica que cuenten con equipos, herramientas, técnicas y personal entrenado para obtener un producto final de calidad.

El principal objetivo del manejo de la muestra seminal es conservar su competencia de fertilidad, lo cual se consigue al minimizar la exposición de los espermatozoides a condiciones estresantes o perjudiciales. Esto incluye evitar daños al esperma durante su colecta, transporte, almacenamiento y descongelamiento, todo lo cual ocurre por choques térmicos, formación de cristales de hielo, estrés oxidativo, alteración de la membrana espermática, toxicidad del crioprotector y cambios osmóticos.

Por lo tanto, es necesario tener un conocimiento adecuado del manejo de la muestra seminal, desde el momento de la colecta y envío hasta que llega al laboratorio para su procesamiento. Posteriormente, cuando el material seminal ha sido congelado, es crucial realizar un óptimo manejo del termo criogénico que contiene las pajillas, hasta su utilización en programas de ia o fiv.

Proceso de producción de pajillas criopreservadas

El proceso inicia con la colecta del material seminal de un toro donante y la posterior evaluación macro y microscópica de la calidad espermática. Una vez aceptadas las muestras de acuerdo con las características espermáticas observadas, se procede a realizar las diluciones necesarias del material seminal para llegar a la concentración deseada. Después de esto, el material es empacado en pajillas previamente marcadas. Las pajillas se sellan y quedan listas para ser sometidas a la última fase de la curva de congelación, a fin de que sean criopreservadas y almacenadas en un termo criogénico.

La figura 2 muestra los diferentes pasos que se deben desarrollar con equipos especializados para lograr la criopreservación del material seminal bovino.

El proceso inicia con la colecta del semen (figura 2a) y termina con su almacenaje en un termo criogénico (figura 2f).

Figura 2. Pasos del proceso de producción de pajillas de semen bovino criopreservadas. Fuente: Elaboración propia Fotos: Bancos de fotos de la Corporación Colombiana de Investigación Agropecuaria - agrosavia y David Leonardo Gómez López

La tecnología de la criopreservación

La criopreservación de espermatozoides implica un descenso secuencial de la temperatura desde que la muestra es colectada a 32-34 °C hasta que se sumerge en nitrógeno líquido y alcanza los -195,8 °C —temperatura de criopreservación (figura 3)—. Esto tiene el objetivo de prolongar la longevidad de la célula espermática por disminución de su tasa metabólica y por la consecuente reducción de la utilización de substratos y producción de toxinas. Cabe resaltar que la detención completa de los procesos metabólicos se alcanza a los -130 °C.

Figura 3. Material seminal criopreservado en termo de nitrógeno líquido. Foto: David Leonardo Gómez López

El enfriamiento rápido (de 30 a 0 °C), que ocurre desde la toma de la muestra seminal del toro hasta su procesamiento inicial en el laboratorio, resulta en daños espermáticos por choque térmico, con efectos perjudiciales sobre el citoesqueleto y las estructuras asociadas al genoma, y afectación de la permeabilidad de la membrana del citoplasma, la mitocondria y el acrosoma.

Cuando la temperatura desciende por debajo de los -5 °C, se forman cristales de hielo en el líquido extracelular. En este punto, la tasa de enfriamiento debe ser lenta para permitir cierta deshidratación, ya que una congelación muy rápida del líquido intracelular forma grandes cristales. Sin embargo, no debe ser demasiado lenta dado que esto lleva a una condición hiperosmótica por deshidratación severa, lo cual puede causar desnaturalización de macro- moléculas, encogimiento excesivo y un irreversible colapso de la membrana celular. Además, el descenso de la temperatura tiene un efecto negativo sobre el espermatozoide a nivel ultraestructural, bioquímico y funcional. Las tecnologías de criopreservación disminuyen estos efectos negativos y permiten conservar espermatozoides viables a muy bajas temperaturas.

¡Importante! Lo anterior señala la importancia de utilizar diluyentes de semen para realizar el envío de la muestra colectada en campo y continuar con el proceso de criopreservación después de su llegada al laboratorio.

Diluyente de semen para procesos de criopreservación

Los diluyentes de semen son necesarios en el proceso de criopreservación para proveer nutrientes y fuentes de energía, prevenir el crecimiento bacteriano, proteger los espermatozoides de los daños inducidos por choque térmico, asegurar una apropiada presión osmótica y concentración de electrolitos, y para que actúen como búfer contra cambios perjudiciales del pH. Es gracias a estos diluyentes y a la aplicación de una curva lenta y controlada de frío, que se maximiza la supervivencia y viabilidad del espermatozoide.

¡Importante! En el mercado existen varios tipos de diluyentes caracterizados por tener entre sus componentes proteína de origen animal (yema de huevo o leche descremada) como fuente de energía. Sin embargo, también existen los diluyentes sintéticos, libres de proteínas de origen animal. La preparación de cada diluyente varía según la casa comercial, y se deben tener en cuenta sus recomendaciones específicas para la congelación.

Los diluyentes son, de esta manera, utilizados desde la misma obtención del material seminal en campo, con el fin de conservar la viabilidad de los espermatozoides hasta su llegada al laboratorio.

Una vez recibida la muestra seminal en el laboratorio a temperatura de refrigeración de 2-8 °C, se procede a realizar evaluaciones macro y microscópicas para evaluar su calidad de llegada. Cuando las muestras son aceptadas por parte del personal del laboratorio de acuerdo con las características observadas, se procede a las siguientes acciones:

1. Seguir agregando diluyente hasta completar la concentración deseada por pajilla, y/o

2. llenar y sellar las pajillas (figura 2c) para continuar con la curva de frío utilizando la congeladora de semen (figura 2d).

El Laboratorio de Reproducción Animal (lra) de la Corporación Colombiana de Investigación Agropecuaria - agrosavia cuenta con los equipos, el personal y el conocimiento necesarios para realizar estas curvas de enfriamiento de forma controlada y automatizada (figura 4), y con un sistema computarizado de análisis espermático (casa) (figura 2b), que brinda robustez en los protocolos de trabajo y en la calidad del producto final criopreservado.

Figura 4. Equipo de congelación de semen automatizado del Laboratorio de Reproducción Animal (lra). Foto: David Leonardo Gómez López

La presente cartilla está dirigida a productores ganaderos, profesionales y técnicos pecuarios que acceden a los servicios de producción de pajillas de semen bovino. La cartilla describe de forma detallada conceptos, condiciones y criterios para tener en cuenta, con el propósito de dar un manejo adecuado a la muestra seminal colectada de toros donantes que es enviada al laboratorio para su evaluación, procesamiento y congelación.

1° Capítulo del manual (2023). Guía de manejo del semen bovino durante su colecta y envío para la criopreservación de pajillas seminales. Corporación Colombiana de Investigación Agropecuaria (agrosavia). https://doi.org/10.21930/agrosavia.analisis.7406436

La tecnología de la criopreservación de semen bovino

Proceso de producción de pajillas criopreservadas

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