Une étude révèle que la microgravité perturbe la fécondation en altérant la capacité des spermatozoïdes à se déplacer et à atteindre l’ovule. Lors d’expériences de simulation de microgravité sur des gamètes de souris, de porcs et d’humains, les spermatozoïdes apparaissent fortement désorientés, tandis que les embryons fécondés accusent des retards de développement. Ces observations pourraient avoir des implications significatives pour les projets de missions spatiales habitées de longue durée.
Les missions spatiales habitées connaissent, depuis une décennie, un regain d’intérêt marqué, dans un contexte de compétition renouvelée entre grandes puissances pour le retour de l’humain sur la Lune. La NASA prévoit ainsi, dans le cadre du programme Artemis, de renvoyer des astronautes sur la Lune d’ici 2029, tandis que la Chine vise une première mission lunaire habitée à l’horizon 2030. Des missions habitées de longue durée sont également envisagées, non seulement vers la Lune, mais aussi en direction de Mars.
L’installation durable d’êtres humains au-delà de la Terre suppose toutefois une compréhension fine des effets des conditions extraterrestres sur la santé et la reproduction. Des différences notables sont observées, par exemple, en matière de gravité : celle-ci est de 1 g sur Terre, contre 0,377 g sur Mars et 0,166 g à la surface de la Lune. La gravité joue en effet un rôle essentiel dans les processus biologiques.
Des observations menées à bord de la Station spatiale internationale (ISS) ont notamment montré que la microgravité réduit le volume sanguin circulant, entraîne une atrophie musculaire et provoque une perte de densité osseuse d’environ 1 à 2 % par mois. Elle altère également la différenciation et la polarisation des cellules immunitaires.
La microgravité affecte aussi la reproduction, en perturbant la différenciation des cellules souches embryonnaires et la décidualisation de la muqueuse utérine humaine. Il s’agit d’un processus essentiel à la nidation et à la grossesse, au cours duquel les cellules de la muqueuse utérine se transforment en cellules déciduales arrondies sous l’effet de la progestérone.
Les effets précis de la microgravité sur la fonction des gamètes et les premiers stades de l’embryogenèse demeurent toutefois mal compris. Pour combler ces lacunes, une équipe de l’Université d’Adélaïde, en Australie, a entrepris d’étudier l’influence de la microgravité sur la navigation des spermatozoïdes, la fécondation et le développement embryonnaire précoce.
Des spermatozoïdes peinant à se frayer un chemin vers l’ovule
Pour mener leurs travaux, les chercheurs ont utilisé un clinostat, un dispositif permettant de simuler la microgravité en faisant tourner les échantillons cellulaires en continu dans différentes directions. Ce procédé modifie sans cesse l’orientation de la gravité, empêchant les cellules de se stabiliser.
« Du point de vue de la cellule, il n’y a pas de direction fixe vers le haut ou vers le bas ; elle subit une sorte de chute libre continue, ce qui imite fidèlement ce que vivent les cellules vivantes en apesanteur dans l’espace », explique Nicole McPherson, chercheuse et responsable du groupe de biologie des spermatozoïdes et des embryons à l’Institut de recherche Robinson de l’Université d’Adélaïde, et auteure principale de l’étude, à Live Science.
Des échantillons de sperme de souris, de porcs et d’humains ont été étudiés. L’équipe les a fait évoluer, dans des conditions de microgravité, au sein d’un labyrinthe conçu pour reproduire l’appareil reproducteur féminin.
Les résultats — publiés le 26 mars dans la revue Communications Biology — montrent une diminution notable du nombre de spermatozoïdes capables de traverser ce dispositif en microgravité, par rapport à des conditions normales. « Ce phénomène a été observé dans tous les modèles, malgré l’absence de modification du mouvement physique des spermatozoïdes. Cela indique que leur perte de direction n’était pas due à un changement de motilité, mais à d’autres facteurs », précise Nicole McPherson dans un communiqué.
Certaines protéines présentes à la surface des spermatozoïdes agissent comme des mécanorécepteurs, capables de détecter des forces physiques telles que la gravité. Il est donc logique que ces récepteurs soient perturbés lorsque celle-ci devient quasi inexistante, selon la chercheuse.
Afin d’améliorer les chances de fécondation en microgravité, les chercheurs ont ajouté de la progestérone. Cette hormone est libérée après l’ovulation et agit comme un signal chimique guidant les spermatozoïdes vers l’ovule. « Cela a aidé dans une certaine mesure, mais les concentrations nécessaires pour produire un effet étaient beaucoup plus élevées que celles qui se produisent naturellement dans l’appareil reproducteur féminin », précise la chercheuse.
Ces résultats suggèrent que des doses élevées de progestérone pourraient, en théorie, être utilisées pour améliorer la fécondité en microgravité. Des recherches supplémentaires seront toutefois nécessaires pour en évaluer l’innocuité et l’efficacité.
Des taux de fécondation réduits jusqu’à 30 %
En examinant les effets de la microgravité sur la fécondation d’ovules de souris et de porcs, les chercheurs ont constaté que les taux de fécondation étaient inférieurs de 30 % et de 15 % respectivement après quatre heures d’exposition, par rapport à des conditions normales. Puis, six jours après l’insémination, les embryons de porc fécondés présentaient des retards de développement.
L’exposition à la microgravité semble modifier le nombre de cellules fœtales au sein de l’embryon. © Laboratoire de biologie des spermatozoïdes et des embryons, Université d’Adélaïde
Des expositions prolongées ont, dans certains cas, entraîné une diminution du nombre de cellules destinées à former les fœtus au cours de l’embryogenèse. Par ailleurs, après la fécondation, l’embryon doit encore s’implanter dans la paroi utérine pour assurer la nidation, un processus qui pourrait être influencé par la gravité.
Selon les chercheurs, la microgravité est susceptible d’affecter chaque étape du développement embryonnaire. « Ces observations montrent à quel point le succès reproductif dans l’espace est complexe et soulignent le besoin crucial de poursuivre les recherches à tous les stades précoces du développement », conclut Nicole McPherson.
La prochaine étape consistera à évaluer les effets de différents environnements gravitationnels, notamment ceux de Mars et de la Lune, sur la mobilité des spermatozoïde et l’embryogenèse. L’objectif sera notamment de déterminer si les effets observés évoluent progressivement avec la diminution de la gravité ou s’ils répondent à un seuil critique.
