DILUEUR DE SPERME COMPRENANT DU PHOSPHOCASEINATE NATIF OU DE LA β-LACTOGLOBULINE, SON PROCEDE DE PREPARATION ET SES
UTILISATIONS .
-_ La présente Invention est relative à l'utili- sation de fractions protéiques laitières purifiées pour améliorer la survie des spermatozoïdes et leur aptitude à la fécondation, en vue de l'insémination artificielle ou de toute autre pratique de reproduction assistée.
Les techniques d'insémination artificielle qui sont de plus en plus utilisées actuellement, posent des problèmes de conservation du sperme en attente de 1 ' insémination.
En effet, après la récolte, le sperme perd rapidement son pouvoir fécondant . Pour remédier à cette situation, et permettre la conservation du sperme jusqu'à son utilisation pour l'insémination artificielle, on utilise habituellement un milieu dénommé "dilueur" dans lequel on dilue le sperme aussitôt après sa récolte.
La durée de conservation que l'on peut obtenir en présence de dilueur dépend de l'espèce concernée et des conditions de conservation, et en particulier du type de dilueur choisi ; elle varie en général de quelques heures à quelques jours. Chez certaines espèces, on peut prolonger cette durée par la congélation du sperme ; cependant, cette technique entraîne également la destruction ou 1 ' inactivation d'un nombre important de spermatozoïdes, et donc une baisse de fertilité du sperme.
L'obtention de dilueurs permettant d'améliorer la conservation et la capacité fécondante des spermato- zoïdes a fait l'objet de diverses recherches.
Parmi les dilueurs les plus fréquemment préconisés pour la conservation du sperme, on citera en particulier le lait, et les dilueurs à base de lait, qui sont utilisés par exemple chez les espèces caprine, ovine, bovine, et équine .
Par exemple, chez cette dernière espèce, le dilueur dénommé « INRA 82 », décrit par PALMER-[10th Int. Congress on Anim. Reprod. and AI, Urbana-Champaign, IL USA, 3:377, (1984)] ou le dilueur de KE NEY [KENNEY et al., Proc. 21st Am. Assoc. Equine Pract . , 327-336, (1975)] sont actuellement les plus utilisés pour la semence d'étalon en vue d'inséminations artificielles immédiates ou différées.
La température de conservation joue également un rôle important, bien que les différentes observations réalisées à ce sujet, en utilisant des dilueurs différents, aboutissent à des résultats divergents. Par exemple, chez le cheval, VARNER et al. [Theriogenology, (32) 515-525, (1989)] utilisent le dilueur de KENNEY et n'observent aucune différence de fertilité après utilisation du sperme conservé à 5 C ou à 20 C ; SQUIRES et al. [Proc. ll Int. Congress on Anim. Reprod. and AI, Dublin, Ireland, (3) 297,(1988)] utilisent le même dilueur et concluent à une meilleure fertilité du sperme conservé à 5 C, mais uniquement pour certains étalons.
De même la durée maximale de conservation a fait l'objet de rapports contradictoires. Certains auteurs [DOUGLAS-HAMILTON et al., Theriogenolgy, (22) 291-304, (1984)] ont utilisé les doses 6 heures à 24 heures après la récolte, et obtenu des gestations. D'autres, (SQUIRES et al. 1988, communication précitée) n'obtiennent par contre aucune gestation après conservation de la semence pendant 48 heures à 20 C. Une étude plus récente [HEISKANEN et al., Theriogenology (42) 1043- 1051 (1994)] utilisant du sperme conservé 70 et 80 heures à 5 C dans le dilueur de Kenney supplémenté en théophylline (10 mM) et Hepes (10 mM) , donne des résultats de 77% et 57% de fertilité par cycle.
Le lait présente en effet des qualités qui ont fait préconiser son emploi en tant que dilueur : c'est un milieu tamponné qui contient des constituants potentiel-
lement protecteurs des spermatozoïdes (lipides, protéines et lactose) . Cependant, il s'agit d'un produit naturel et particulièrement complexe, contenant plus de 100 000 espèces moléculaires, dont la composition n'est pas totale- ment connue, et où la présence de constituants potentiellement néfastes pour les spermatozoïdes (c'est à dire spermicides ou diminuant la motilité des spermatozoïdes) , a été soupçonnée [GARCIA et GRAHAM, Cryobiology (24) 446- 454, (1987)] . En outre, du fait que le lait est un pro- duit dont les composants ont une concentration variant sous l'effet de nombreux facteurs (stade de lactation, race, alimentation, etc.), les performances obtenues avec un dilueur à base de lait peuvent varier d'un lot à 1 ' autre . La présente Invention a pour but l'obtention de dilueurs à base de constituants du lait, de composition définie et reproductible, et permettant d'améliorer la conservation du sperme, et d'en contrôler les conditions . Les Inventeurs ont découvert que, de façon surprenante, l'utilisation de fractions protéiques purifiées obtenues à partir du lait, en particulier le phosphocaseinate natif, et/ou la β-lactoglobuline , en remplacement du lait dans le milieu de dilution du sperme, permettait d'augmenter de façon très significative, par rapport aux dilueurs à base de lait connus dans l'art antérieur, aussi bien la durée de conservation du sperme, que le taux de fertilité obtenu après conservation. Les Inventeurs ont également constaté qu'en revanche, d'autres protéines laitières, comme 1 ' α-lactalbumine, étaient toxiques pour les spermatozoïdes.
La présente Invention a pour objet l'utilisation d'une préparation purifiée de phosphocaseinate natif et/ou de β-lactoglobuline pour l'obtention d'un dilueur de sperme.
La présente Invention a en particulier pour objet un dilueur de sperme constitué par un -milieu de base formé de constituants convenant pour la dilution du sperme d'une espèce animale déterminée, et par une frac- tion purifiée de phosphocaseinate natif, et/ou une fraction purifiée de β-lactoglobuline.
Par « milieu de base comprenant les constituants convenant pour la dilution du sperme d'une espèce déterminée », on entend tout milieu comprenant les cons- tituants habituellement utilisés dans les dilueurs de sperme utilisés pour ladite espèce, et dans lequel les constituants toxiques pour les spermatozoïdes, en particulier 1 ' α-lactalbumine , sont absents ou ne sont présents que sous forme de traces, de manière à ce que ces consti- tuants ne soient présents dans le dilueur conforme à l'invention qu'à une teneur au plus égale à 2 à 3% (en poids) de la teneur en β-lactoglobuline ou en phosphocaseinate natif et de préférence au plus égale à 0,5 à 1% (en poids) de la teneur en β-lactoglobuline ou en phos- phocaséinate natif.
Un milieu de base convenant pour l'obtention d'un dilueur conforme à l'invention est par exemple constitué par une solution de sels minéraux et de glucides, tamponnée à un pH approprié. Avantageusement, il comprend également des additifs tels que des antibiotiques ou des antifongiques.
Selon un mode de réalisation préféré de la présente Invention, ledit dilueur de sperme comprend entre 1 et 100 g/1, de préférence entre 10 et 50 g/1 de phosphocaseinate natif et/ou entre 10 et 200 g/1, de préférence entre 20 et 100 g/1 de β-lactoglobuline.
La présente Invention a pour objet un procédé de préparation d'un dilueur de sperme, tel que défini ci- dessus, comprenant du phosphocaseinate natif, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une étape au cours de laquelle on procède à la dissolution du phosphocaseinate
natif dans un milieu aqueux, à une température comprise entre 30 et 80°C, de préférence entre 40 et 60°C.
La solution mère de phosphocaseinate natif obtenue de la sorte est ensuite mélangée avec un milieu de base tel que défini ci -dessus. Avantageusement, on la stérilise au préalable par traitement UHT . De préférence, pour éviter la déstabilisation du phosphocaseinate natif lors de la stérilisation, la solution mère comprend au moins 300, et de préférence 350 à 450 mg/1 de calcium ionisé soluble ; la solubilisation des ions calcium peut notamment être obtenue par addition de citrate, par exemple du citrate disodique à une concentration de l'ordre de 2 à 5 g/1.
La présente Invention a également pour objet un dilueur de sperme susceptible d'être obtenu par le procédé conforme à l'invention.
La présente Invention a également pour objet des préparations du sperme en vue de l'insémination artificielle, caractérisée en ce que ledit sperme est dilué dans un dilueur conforme à l'invention.
La mise en oeuvre d'un dilueur de l'Invention améliore nettement la conservation du sperme, par rapport aux dilueurs à base de lait utilisées dans l'art antérieur. Le sperme préparé en utilisant un dilueur conforme à 1 ' Invention peut être conservé à des températures positives, comprises entre 4°C et 20°C, et avantageusement aux environs de 15 °C. La température de conservation optimale dépend également de l'espèce considérée. Chez le cheval, par exemple, la mise en œuvre d'un dilueur conforme à 1 ' invention permet de conserver le sperme à 15 °C en conditions aérobies, et d'obtenir une durée de conservation et un taux de fertilité supérieurs à ceux obtenus avec les dilueurs de l'art antérieur. Cette conservation à 15°C permet d'éviter l'effet de choc ther-
mique intervenant habituellement lors du refroidissement du sperme .
Un dilueur conforme à l'invention peut être utilisé pour la conservation du sperme de différents mammifères, tels que par exemple les équins et les caprins, ainsi que pour la conservation du sperme d'autres animaux d'élevage, tels que les oiseaux.
La présente Invention sera mieux comprise à l'aide du complément de description qui va suivre, qui se réfère à des exemples non-limitatifs de préparation d'un dilueur conforme à l'Invention, et de son utilisation.
EXEMPLE 1 - PREPARATION D'UN DILUEUR CONFORME A L'INVENTION
1) Fractionnement du lait Le fractionnement des composants du lait écrémé cru est effectué par microfiltration sur membrane, [PIERRE et al. Lait (72) 461-474, (1992)] qui permet de séparer le microfiltrat (ou petit lait) du phosphocaseinate natif (caséines sous la forme micellaire qu'elles ont dans le lait) . La β-lactoglobuline est obtenue à partir du microfiltrat, selon le protocole décrit par MAUBOIS et al. [Bull. IDF, 212, 154-159, (1987)] Les étapes de ce fractionnement sont schématisées sur la Figure 1 en annexe . 2) Milieu de base :
Le milieu de base utilisé est le milieu HGLL, dont la composition est la suivante : 0, 140 g de CaCl2 0,40 g de KCl 0,06 g de KH2P04
0 , 2 g de MgS04 , 7H20 8 g de NaCl 0 , 35 g de NaHC03 4 , 76 g d ' Hepes 13 , 5 g de glucose
45 g de lactose eau distillée q.s.p. 0,5 litres.
On ajoute à ce milieu de 1 ' amphotéricine B, de la pénicilline, et de la gentamicine, pour parvenir à des concentrations finales dans le milieu de base respectives de 0,5 μg/μl, 500 Ul/ml, et 100 μg/ml .
Ledit milieu de base est ensuite stérilisé par fil- tration sur une membrane dont le diamètre des pores est de 0,22 μm. 3) Préparation d'un dilueur à base de phosphocaseinate natif (dilueur PPCN) .
On ajoute à 0,5 litres d'eau, à une température de 60°C, et sous agitation forte, 27 g de phosphocaseinate natif ; on poursuit l'agitation jusqu'à dissolu- tion complète, et obtention d'une solution d'aspect laiteux. Cette solution est ensuite soumise à un traitement UHT (145°C, 2 secondes), puis mélangée à 0,5 litres de milieu de base obtenu comme décrit en 2) ci-dessus. Si nécessaire, le pH du mélange est ajusté à une valeur de 7,1. Le mélange est ensuite conditionné de façon aseptique . 4) Préparation d'un dilueur à base de β-lactoαlobuline .
On ajoute à 0,5 litres de milieu de base obtenu comme décrit en 2) ci-dessus, 0,5 litres d'une solution de β-lactoglobuline à 80 g/1, préalablement stérilisée par filtration sur une membrane dont le diamètre des pores est de 0,22 μm. Si nécessaire, le pH du mélange est ajusté à une valeur de 7,1. Le mélange est conditionné de façon aseptique. 5) Préparation d'un dilueur PPCN supplémenté en citrate.
Pour effectuer une stérilisation plus poussée du dilueur, permettant une conservation optimale du sperme à 15°C, il est nécessaire de conserver la stabilité du phosphocaseinate natif (PPCN) lors du traitement thermique à haute température. Dans ce but, on
maintient une concentration minimale en calcium ionisé soluble de l'ordre de 400 mg/1, par -l'addition d' hydrogénocitrate disodique à la solution de phosphocaseinate natif. La préparation du dilueur et sa stérilisation peuvent alors s'effectuer comme suit : une solution de phosphocaseinate natif
(PPCN) (54g/l) , préparée comme décrit ci-dessus, est additionnée de 2,65 g/1 d' hydrogénocitrate disodique (FLUKA 71 634) , préalablement à sa stérilisation par traitement à ultra-haute température (140 à 144°C) , pendant 3 à 4 secondes) .
- une solution de milieu de base est préparée et stérilisée à froid par filtration sur membrane de 0,22 μm, comme décrit en 2) ci-dessus.
Le mélange des 2 solutions stériles est ensuite réalisé comme décrit en 3) ci-dessus, et le dilueur final est conditionné stérilement sous forme de briques TETRAPAK® . EXEMPLE 2 : EFFET DES DIFFERENTES FRACTIONS DU LAIT SUR LA MOBILITE DES SPERMATOZOÏDES IN VITRO
Différentes fractions du lait, à savoir le phosphocaseinate natif, et la β-lactoglobuline mentionnés ci-dessus, et également 1 ' α-lactalbumine , et le résidu d' ultrafiltration ont été testées. Ces fractions sont additionnées au dilueur de base HGLL. A titre de témoins, on a utilisé du HGLL additionné de 1% de BSA (Sérum Albumine Bovine, Sigma A7906) , du lait UHT du commerce, et du dilueur IΝRA 82 [PALMER, Proc. 10th Int. Congress on Anim. Reprod. and AI, Urbana-Champaign, IL USA, 3 :337, (1984) ] .
Dix étalons ont été utilisés au total, avec un minimum de 6 étalons (1 éjaculat par étalon) pour chaque test. Après la récolte, le sperme filtré sur de la gaze est dilué, pour obtenir une concentration de 20 x 106 spermatozoides/ml, dans les différents milieux à tester,
puis stocké en conditions aérobies à 15°C ou à 37°C (0,5 ml de sperme dilué dans des tubes de 5 ml) , ou anaérobies à 4 C (5 ml de sperme dilué dans des tubes de 5 ml) . Les. durées de conservation ont varié entre 6 et 96 heures en fonction de la température et de la qualité des dilueurs utilisés afin que les observations soient réalisées à un moment où les dilueurs puissent être discriminés. Avant l'analyse, les échantillons sont réchauffés 10 minutes à 37 C. La qualité de la conservation du sperme est évaluée par analyse automatisée de la mobilité des spermatozoïdes (Hamilton Thorn Motility Analyser, Hamilton Thorn Research, Danvers, NIA, USA) , en retenant comme critère le pourcentage de spermatozoïdes rapides c'est à dire ayant une vitesse supérieure à 30 μm/sec.
Les résultats sont illustrés par le Tableau I ci-après :
TABLEAU I
Les résultats obtenus avec les dilueurs témoin sont indiqués en italique. * : p<0,05 ; ns : non-significatif
A 15 C après 96 heures de conservation, le pourcentage de spermatozoïdes rapides le plus élevé est
obtenu avec le dilueur HGLL + phosphocaseinate natif. Par contre à 4 C, les résultats obtenus avec ce di-lueur sont identiques à ceux obtenus avec le lait, et inférieurs à ceux obtenus avec 1 ' INRA 82. La β-lactoglobuline permet d'obtenir des résultats significativement supérieurs à ceux obtenus avec la BSA à 4 C ; par contre à 15 C ces 2 protéines apportent une protection identique. L ' α-lactalbumine et 1 ' ultrafiltrat sont 2 fractions toxiques pour les sperma- tozoïdes.
L'effet éventuel de la supplémentation par 1 ' hydrogénocitrate disodique a également été testé.
La semence provenant de 20 éjaculats a été conservée pendant 7 jours à 15 °C, dans le dilueur HGLL- PPCN additionné ou non d' hydrogénocitrate disodique, obtenu comme décrit à l'exemple 1 ci -dessus. Le pourcentage de spermatozoïdes rapides a été évalué comme décrit ci -dessus. Il est de 56,58 % pour le HGLL-PPCN supplémenté en hydrogénocitrate disodique, et de 55,49 % pour le HGLL-PPCN seul.
Ces résultats montrent que l'addition d' hydrogénocitrate disodique n'induit aucun effet significatif sur la mobilité des spermatozoïdes.
EXEMPLE 3 : EFFET D'UN DILUEUR CONFORME A L'INVENTION COMPRENANT DU PHOSPHOCASEINATE NATIF, SUR LA FERTILITE JN
VIVO
1) Sperme conservé pendant 24 heures
Quatre expériences utilisant du sperme conservé 24 heures ont été réalisées. Dans chacune de ces 4 expériences deux types de conditions de conservation du sperme ont été comparées :
- dans 1 ' INRA 82 ou le dilueur de Kenney à 4 C, en conditions anaérobies dans des seringues de 20 ml ne contenant que 10 ml de sperme dilué (piston tiré à moitié) .
dans le dilueur HGLL + phosphocaseinate natif conforme à l'invention, à 15°C en conditions aérobies dans des seringues de 20 ml contenant 10 ml de sperme dilué et 10 ml d'air (piston tiré complètement) .
La semence d'étalon est diluée à une concentration de 20 x 10 spermatozoïdes par ml. Les races des étalons, leur nombre, le nombre de cycles ont varié selon les expériences. Les conditions expérimentales sont résumées dans le tableau II ci-après.
TABLEAU II
Les ponettes et les juments ont été échogra- phiées chaque jour à partir du premier jour des chaleurs et réparties au hasard dans les 2 lots. Dans l'expérience n°l, les ponettes ont été inséminées une première fois quand le follicule dominant a atteint 33 mm. L'ovulation a été induite 24 heures après par une injection intraveineuse de 25 mg de CE. G (crude equine gonadotrophin ou extrait hypophysaire équin total) et une seconde insémination a été réalisée 48 heures après la première, si l'ovulation n'était pas survenue. Dans les expériences n° 2 à 4, les conditions ont été plus proches des conditions d'élevage : les juments ont été inséminées à partir du jour où le follicule dominant a atteint 33 mm, toutes les 48 heures jusqu'à ovulation. Le tableau III ci-dessous regroupe les résultats de ces 4 expériences, exprimés en pourcentage de
femelles chez lesquelles le diagnostic de gestation est positif au 14eme jour après l'ovulation :
TABLEAU III
Dans chaque expérience les doses conservées à 15°C avec le dilueur conforme à l'invention ont permis d'obtenir une fertilité par cycle supérieure à celle obtenue avec les doses conservées à 4 C.
2) Sperme conservé pendant 72 heures
Une expérience utilisant du sperme conservé 72 heures avant l'insémination a également été réalisée. Toutes les doses ont été préparées dans le dilueur HGLL + phosphocaseinate natif conforme à l'invention, et ont été utilisées soit pour insémination immédiate, soit après conservation à 15 C avec agitation constante. Les ponettes ont été échographiées chaque jour à partir du premier jour des chaleurs et réparties au hasard dans les 2 lots. Cent deux cycles de ponettes ont été utilisés au total. Dans la première partie de l'expérience, toutes les ponettes ont été inséminées une seule fois, environ 7 heures avant l'ovulation induite par une injection intraveineuse de 25 mg de CE. G. Dans la seconde partie, les ponettes du lot "inséminations différées" ont été inséminées 2 fois : la première fois environ 12 heures avant l'ovulation induite et la seconde fois environ 4 heures après l'ovulation.
Les résultats (en pourcentage de femelles chez lesquelles le diagnostic de gestation est positif au 14eme
jour après l'ovulation) sont illustrés par le tableau IV ci dessous :
TABLEAU IV
Les résultats obtenus pour les 2 parties de l'expérience sont identiques, et ne dépendent pas du le nombre d'inséminations, ou de la présence d'une seconde insémination post-ovulation très proche du moment de l'ovulation. Les pourcentages de fertilité par cycle sont de 48% obtenus après inséminations différées de 72 heures, et de 68% obtenus après inséminations immédiates.
Ces résultats montrent que la fertilité obtenue après 72 heures de conservation du sperme à 15°C dans le dilueur HGLL + phosphocaseinate natif est d'une qualité qui permet son utilisation dans les élevages. EXEMPLE 4 : EFFET D'UN DILUEUR CONFORME A L'INVENTION COMPRENANT DU PHOSPHOCASEINATE NATIF, SUR LA MOBILITE TN VIVO DE SPERME CAPRIN.
Dans l'espèce caprine, la conservation du sperme s'effectue classiquement à 4°C, après élimination du plasma séminal et dilution dans du lait (lait en poudre reconstitué et chauffé à 92 °C pendant 10 minutes) . La semence diluée est ensuite conditionnée en aliquotes de 2 ml placées dans des tubes de 5 ml .
En utilisant ce même protocole, les Inventeurs ont comparé la mobilité des spermatozoïdes, après conservation à 4 ou à 15 °C :
- soit dans un dilueur conforme à l'invention, obtenu par l'addition de phosphocaseinate natif (27 g/l) à un milieu de base dénommé KGB, qui est constitué par du milieu BES-KOH [DUNNER, Anim. Prod . , 56, 387-391, (1993) ; DUNNER et IMPASTO, Small Ruminant Research, 11, 57-64, (1993)] supplémenté avec 2mg/ml de glucose,
- soit dans du lait.
Deux types de conditionnement ont également été testés : le conditionnement aérobie classique (2 ml de semence diluée, dans des tubes de 5 ml) mentionné ci -dessus, ou bien un conditionnement anaérobie sous forme de « paillettes » de 0,5 ml totalement remplies de semence diluée.
Les résultats de mobilité obtenus à partir de 10 pools d'éjaculats sont représentés sur dans les tableaux V et VI ci -dessous. Le tableau V représente le pourcentage de spermatozoïdes rapides (analyse automatisée) , et le tableau VI représente les résultats d'une évaluation de la mobilité par observation au microscope et appréciation du pourcentage de spermatozoïdes mobiles et de la qualité du mouvement, selon les critères définis par [BISHOP et al., J. Agriculture Science, 44, 227, (1954)] ; les résultats sont notés sur une échelle de 0 à 5.
TABLEAU V
Ces résultats montrent que l'utilisation d'un dilueur conforme à l'invention améliore très significativement la survie à 4°C des spermatozoïdes caprins.