The Embryo Project Encyclopedia

Die Spermienkapazitation bezieht sich auf die physiologischen Veränderungen, die Spermien durchlaufen müssen, um in eine Eizelle eindringen und sie befruchten zu können. Der Begriff wurde erstmals 1952 von Colin Russell Austin auf der Grundlage unabhängiger Studien geprägt, die von Austin und Min Chueh Chang durchgeführt und 1951 veröffentlicht wurden. Seit den ersten Berichten und der Entstehung des Begriffs wurden die Details des Prozesses durch technologische Fortschritte aufgeklärt. Die Anerkennung des Phänomens war für die frühen Experimente zur In-vitro-Fertilisation sowie für die Bereiche Embryologie und Reproduktionsbiologie von großer Bedeutung.

Bei diesen ersten Studien wurden Spermien in die Eileiter von Weibchen verschiedener Tierarten sowohl Stunden vor als auch unmittelbar nach dem Eisprung eingeführt. Die Experimente zeigten, dass viel mehr Eizellen von Spermien durchdrungen wurden, wenn die Spermien Stunden vor dem Eisprung eingeführt wurden. Aufgrund ihrer ersten Ergebnisse stellten Austin und Chang die Hypothese auf, dass die Spermien eine Art physiologischen Prozess im weiblichen Fortpflanzungstrakt durchlaufen müssen, um in die Eizelle eindringen zu können. Austin bezeichnete diesen Prozess später in einer am 23. August 1952 veröffentlichten Ausgabe von Nature als Kapazitation. Ursprünglich hatte er den Begriff „capacitation“ für alle physiologischen Prozesse verwendet, die die Spermien im weiblichen Fortpflanzungstrakt durchlaufen und die es ihnen ermöglichen, in die Eizelle einzudringen. Mit dem technischen Fortschritt und dem zunehmenden Wissen über die Mechanismen der Befruchtung wurde diese Definition für den modernen Gebrauch aktualisiert.

J. Michael Bedford veröffentlichte 1970 eine eingehende Studie über die Spermienkapazitation bei Säugetieren und konnte den Prozess eingrenzen, indem er aufzeigte, was nicht vorkommt. In Bedfords Studien wurde ein Elektronenmikroskop verwendet, um herauszufinden, ob und welche strukturellen Veränderungen in den Spermien nach der Kapazitation auftreten, aber es wurden keine gefunden. Bedford stellte fest, dass die Spermien von der Einführung in die Frau bis zur Akrosomreaktion, d. h. der Verschmelzung der Spermien mit der Eizelle, denselben morphologischen Zustand aufweisen. Er schloss daraus, dass die Spermien zwar keine strukturellen Veränderungen erfahren, dass aber wahrscheinlich eine Art chemischer Veränderung im Gange ist. Auf der Grundlage der damals verfügbaren Beweise kam er zu dem Schluss, dass die Ereignisse der Kapazitation in der Demaskierung von Rezeptoren auf dem Spermium selbst bestanden, wodurch es in die Lage versetzt wurde, auf die Umgebung des weiblichen Genitaltrakts zu reagieren. Er untersuchte auch die Spermienkapazitation bei verschiedenen Spezies und stellte fest, dass die Zeit, die die Spermien benötigten, um die Fähigkeit zu erlangen, in eine Eizelle einzudringen, sowie die Chemikalien, die von den genannten Rezeptoren erkannt wurden, artspezifisch waren. Da es außerdem bestimmte Arten in anderen Phyla gibt, die Spermien ejakulieren, die sofort in der Lage sind, die Akrosomreaktion abzuschließen, wäre es ungenau, die Akrosomreaktion als Teil der Kapazitation zu betrachten.

Angesichts der weit gefassten anfänglichen Definition von Austin vertraten viele Zeitgenossen von Bedford die Ansicht, dass die Akrosomreaktion technisch als Teil der Spermienkapazitation betrachtet werden könnte. Die Diskrepanz in der Definition, insbesondere in Bezug auf die Einbeziehung der Akrosomreaktion als Teil der Kapazitation, führte in späteren Veröffentlichungen zu zahlreichen Diskussionen und Auseinandersetzungen unter Wissenschaftlern. 1975 veröffentlichte Austin einen Bericht mit dem Titel „Membrane Fusion Events in Fertilization“ (Ereignisse der Membranfusion bei der Befruchtung), in dem er die Auffassung vertrat, dass der eigentliche Prozess der Kapazitation in der Entfernung der Glykoproteinhülle auf dem Spermium und der Erleichterung der Hyperaktivierung oder verbesserten Motilität besteht. In dem Bemühen, zu klären, welche Prozesse in die Definition der Spermienkapazitation einbezogen werden sollten, veröffentlichte Min Chueh Chang 1984 einen Artikel mit einem historischen Überblick über die Bedeutung der Spermienkapazitation, der einen Vorschlag für den Umgang mit der Diskrepanz in der Definition enthielt. In diesem Artikel schlägt Chang vor, dass alle Prozesse, die der Akrosomreaktion vorausgehen, als erster Teil der Spermienkapazitation bezeichnet werden sollten, um sowohl der ursprünglichen Definition gerecht zu werden als auch die Akrosomreaktion als unabhängigen Prozess anzuerkennen. Angesichts dieses Klärungsversuchs definieren modernere Studien, die sich mit der Kapazitation befassen, diese als das Bedürfnis der Spermienzelle, Rezeptoren freizulegen, die die Chemikalien im weiblichen Fortpflanzungstrakt erkennen können, die wiederum Veränderungen sowohl in der Motilität in Form von Hyperaktivierung als auch in den morphologischen Veränderungen, die an der Akrosomreaktion beteiligt sind, einleiten.

Trotz der Verwirrung und einiger Diskrepanzen bei der Erforschung der Kapazitation bleibt das Konzept ein wesentlicher Bestandteil der Befruchtungsforschung. Seine Erforschung hat zu einem umfassenderen Verständnis aller Mechanismen geführt, die eine Samenzelle durchlaufen muss, bevor sie bereit ist, eine weibliche Eizelle zu befruchten, und hat damit zum allgemeinen Wissen über den Prozess der Befruchtung als Ganzes sowie zu medizinischen Technologien wie der In-vitro-Fertilisation beigetragen.