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Publicação
THE EFFECT OF TARGETED MITOCHONDRIAL THERAPIES BASED ON DIETARY ANTIOXIDANTS ON ASSISTED REPRODUCTION
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Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
In recent years, major changes have occurred in the biosystem due to industrial development
and environmental changes. These changes have had a direct impact on animal fertility and
biodiversity. It is well-established that these changes harm the reproductive system. In recent
years, several studies have identified an increase in reactive oxygen species (ROS) and their connection to mitochondria as a cause of sub/infertility in humans and animals. Studying the effects of oxidative stress on fertility is of paramount importance due to the clear connection with the decrease in fertility identified in recent decades due to various factors, including heat
stress. Consequently, research into natural antioxidants and mitochondria-targeting antioxidants has been conducted to develop more effective and less toxic treatments in mammals.
These therapies would be more natural if these antioxidants were obtained from dietary compounds that are more effective for mitochondria. The use of diet-based mitochondria-targeted antioxidants in assisted reproductive technologies (ART) can circumvent fertility problems and enable the conservation of biodiversity in animal species, including the domestic breeds.
This doctoral study began with an investigation into the use of the natural antioxidant Urolithin A (UA), derived from the diet, to enhance the fertilizing capacity of bovine semen. Based on this study, we realized the potential therapeutic value of UA for bovine semen quality, as well as the importance of using the bioenergetic parameters of sperm cells to predict their
functionality and developmental potential, and to select breeding bulls. Subsequently, the study examined the use of AntiOxBEN2 and AntiOxCIN4, which are mitochondria-targeting antioxidants derived from gallic and caffeic acids, respectively. The effect of using different concentrations of AntiOxBEN2 in the bovine oocyte maturation medium was subsequently
verified. After analyzing various functional and bioenergetic parameters, it was concluded that adequate supplementation of this antioxidant to the oocyte maturation medium improves their quality and subsequent in vitro fertilization results. Finally, we have analyzed and compared the influence of supplementing the embryo culture medium with AntiOxBEN2 and AntiOxCIN4 on embryo production and cryopreservation, observing an improvement in embryo quality and cryosurvival.
Based on these studies, it can be concluded that using antioxidants to prevent oxidative stress in ART, particularly in vitro maturation and fertilization, could reinforce gamete quality. This would have a direct impact on the quantity and quality of embryos and could be used to address reproductive sub/infertility issues and improve ART outcomes.
Nos últimos anos têm existido grandes alterações no biossistema relacionadas com o desenvolvimento industrial e as alterações ambientais, com impacto direto na fertilidade e biodiversidade animal. Está amplamente demonstrado que todas estas alterações prejudicam a função reprodutiva, tendo sido desenvolvidos nos últimos anos vários estudos identificando o aumento da produção de espécies reativas de oxigénio (ROS) associadas à mitocôndria, como causa de sub/infertilidade, tanto em humanos como nos animais. A primordial importância do estudo dos efeitos do stress oxidativo na fertilidade resulta de uma clara conexão com a diminuição da fertilidade identificada nas últimas décadas, devido a vários fatores, incluindo o stress térmico. Desta forma, o estudo dos antioxidantes naturais e de antioxidantes dirigidos à mitocôndria, tem sido abordado por forma a encontrar terapias mais eficientes e menos tóxicas para contornar o problema da infertilidade nos mamíferos. A obtenção destes antioxidantes a partir de compostos utilizados na dieta, tornando-os mais efetivos para a mitocôndria, tornará estas terapias mais naturais. A importância da utilização dos antioxidantes mitocondriotrópicos baseados na dieta, nas tecnologias de reprodução assistida (ART) pode ser uma forma de contornar a baixa fertilidade e permitir a conservação da biodiversidade de espécies animais, incluindo as raças domésticas. Este trabalho de doutoramento iniciou-se por uma abordagem à utilização do antioxidante natural derivado da dieta Urolitina A (UA), no melhoramento da capacidade de fertilização do sémen bovino. Com base neste estudo percebeu-se o potencial valor terapêutico do UA na qualidade do sémen de bovinos, bem como a importância da utilização dos parâmetros bioenergéticos dos espermatozoides para prever a sua funcionalidade e potencial de desenvolvimento de embriões, assim como na seleção de touros reprodutores. De seguida, dirigiu-se o estudo para a utilização dos antioxidantes mitocondriotrópicos derivados do ácido gálico e do ácido cafeico, o AntiOxBEN2 e o AntiOxCIN4, respetivamente. Estudou-se- o efeito da suplementação do AntiOxBEN2 em diferentes concentrações ao meio de maturação dos oócitos de bovinos. Após a análise de vários parâmetros tanto funcionais como bioenergéticos, conclui-se que uma suplementação adequada deste antioxidante no meio de maturação dos oócitos, melhora a sua qualidade e posteriores resultados na fertilização in vitro. Por último, fez-se a análise e comparação da suplementação do AntiOxBEN2 e AntiOxCIN4 no meio de cultura dos embriões e a sua influência na produção e criopreservação dos mesmos, observando uma melhoria na sua qualidade e criosobrevivência. Com base nestes estudos, conclui-se que a utilização de antioxidantes, na prevenção do stress oxidativo observado nas ART, principalmente na maturação e fertilização in vitro poderá ser uma estratégia para reforçar a qualidade dos gâmetas, com resultados diretos na quantidade e qualidade dos embriões produzidos, sendo uma abordagem a realizar na resolução de problemas de sub/infertilidade reprodutiva e na melhoria dos resultados de ART.
Nos últimos anos têm existido grandes alterações no biossistema relacionadas com o desenvolvimento industrial e as alterações ambientais, com impacto direto na fertilidade e biodiversidade animal. Está amplamente demonstrado que todas estas alterações prejudicam a função reprodutiva, tendo sido desenvolvidos nos últimos anos vários estudos identificando o aumento da produção de espécies reativas de oxigénio (ROS) associadas à mitocôndria, como causa de sub/infertilidade, tanto em humanos como nos animais. A primordial importância do estudo dos efeitos do stress oxidativo na fertilidade resulta de uma clara conexão com a diminuição da fertilidade identificada nas últimas décadas, devido a vários fatores, incluindo o stress térmico. Desta forma, o estudo dos antioxidantes naturais e de antioxidantes dirigidos à mitocôndria, tem sido abordado por forma a encontrar terapias mais eficientes e menos tóxicas para contornar o problema da infertilidade nos mamíferos. A obtenção destes antioxidantes a partir de compostos utilizados na dieta, tornando-os mais efetivos para a mitocôndria, tornará estas terapias mais naturais. A importância da utilização dos antioxidantes mitocondriotrópicos baseados na dieta, nas tecnologias de reprodução assistida (ART) pode ser uma forma de contornar a baixa fertilidade e permitir a conservação da biodiversidade de espécies animais, incluindo as raças domésticas. Este trabalho de doutoramento iniciou-se por uma abordagem à utilização do antioxidante natural derivado da dieta Urolitina A (UA), no melhoramento da capacidade de fertilização do sémen bovino. Com base neste estudo percebeu-se o potencial valor terapêutico do UA na qualidade do sémen de bovinos, bem como a importância da utilização dos parâmetros bioenergéticos dos espermatozoides para prever a sua funcionalidade e potencial de desenvolvimento de embriões, assim como na seleção de touros reprodutores. De seguida, dirigiu-se o estudo para a utilização dos antioxidantes mitocondriotrópicos derivados do ácido gálico e do ácido cafeico, o AntiOxBEN2 e o AntiOxCIN4, respetivamente. Estudou-se- o efeito da suplementação do AntiOxBEN2 em diferentes concentrações ao meio de maturação dos oócitos de bovinos. Após a análise de vários parâmetros tanto funcionais como bioenergéticos, conclui-se que uma suplementação adequada deste antioxidante no meio de maturação dos oócitos, melhora a sua qualidade e posteriores resultados na fertilização in vitro. Por último, fez-se a análise e comparação da suplementação do AntiOxBEN2 e AntiOxCIN4 no meio de cultura dos embriões e a sua influência na produção e criopreservação dos mesmos, observando uma melhoria na sua qualidade e criosobrevivência. Com base nestes estudos, conclui-se que a utilização de antioxidantes, na prevenção do stress oxidativo observado nas ART, principalmente na maturação e fertilização in vitro poderá ser uma estratégia para reforçar a qualidade dos gâmetas, com resultados diretos na quantidade e qualidade dos embriões produzidos, sendo uma abordagem a realizar na resolução de problemas de sub/infertilidade reprodutiva e na melhoria dos resultados de ART.
Descrição
Palavras-chave
Fertility germ cells Assisted Reproductive Technologies antioxidants mitochondria ROS