Il basso tasso di fertilizzazione (low fertilization rate, LFR) e il fallimento totale della fertilizzazione (total fertilization failure, TFF) rappresentano eventi clinicamente significativi nella procreazione medicalmente assistita. Il TFF si verifica nel 5-10% dei cicli IVF convenzionali e nel 1-3% dei cicli ICSI, mentre un tasso di fertilizzazione inferiore al 50% è generalmente considerato “basso”. Le cause sono molteplici e spesso interconnesse
Fattori legati allo spermatozoo
Deficit della PLCζ e difetti di attivazione ovocitaria
La fosfolipasi C zeta (PLCζ) è il fattore di attivazione ovocitaria spermatico per eccellenza. Dopo la fusione spermatozoo-ovocita, la PLCζ induce le oscillazioni intracellulari di Ca²⁺ che innescano la ripresa meiotica e la formazione dei pronuclei. Mutazioni di PLCZ1 sono la causa maschile più frequente di TFF, riscontrate in circa il 27% dei maschi con fallimento della fertilizzazione dopo ICSI. Oltre a PLCZ1, sono stati identificati difetti nei geni ACTL7A e ACTL9, che alterano la struttura acrosomale e la localizzazione della stessa PLCζ nello spermatozoo.
Frammentazione del DNA spermatico
La frammentazione del DNA spermatico (DFI) costituisce un fattore rilevante. Quando il DFI supera il 30%, si osserva una differenza statisticamente significativa negli esiti ICSI rispetto alla IVF convenzionale.
Stress ossidativo spermatico
Lo stress ossidativo rappresenta un meccanismo patogenetico trasversale. L’eccesso di specie reattive dell’ossigeno (ROS) danneggia le membrane lipidiche, le proteine acrosomali (acrosina, ialuronidasi) e il DNA spermatico. Una revisione sistematica ha evidenziato che l’80% degli studi su IVF e il 75% su ICSI hanno riscontrato un’associazione tra danno ossidativo spermatico e riduzione del tasso di fertilizzazione, e il 100% degli studi su IVF ha documentato un impatto negativo sul tasso di blastocisti.
Globozoospermia e anomalie morfologiche specifiche
La globozoospermia (spermatozoi a testa rotonda, privi di acrosoma) rappresenta una causa nota di LFR, dovuta all’incapacità dello spermatozoo di attivare l’ovocita. In queste forme, si osserva anche un arresto della decondensazione nucleare e/o una condensazione prematura dei cromosomi.
Sovrappeso/obesità maschile
Anche il BMI paterno incide: uno studio su 750 coppie in PMA ha dimostrato che il sovrappeso maschile si associa a una riduzione significativa del tasso di fertilizzazione (67% vs 74.8% nei normopeso) e a un aumento della frammentazione cromatinica, dell’immaturità spermatica (CMA3) e dei ROS.
Fattori legati all’ovocita
Qualità ovocitaria ed età materna
La qualità ovocitaria è il determinante femminile più critico. L’età materna avanzata comporta un accumulo di danni ossidativi mitocondriali, errori meiotici, danni al DNA e accorciamento telomerico, tutti fattori che compromettono la competenza dell’ovocita a sostenere la fertilizzazione e lo sviluppo embrionario. Dopo i 35 anni la fertilità femminile subisce un calo significativo e fisiologico, legato alla riduzione sia del numero sia della qualità degli ovociti disponibili, con un impatto diretto sulle percentuali di successo della PMA.
Mutazioni genetiche ovocita-specifiche
Negli ultimi anni sono emerse importanti scoperte sulle cause genetiche femminili del TFF. Una revisione sistematica ha catalogato mutazioni in almeno 16 geni associati a fallimento della fertilizzazione e arresto zigotico. Tra i più rilevanti:
- WEE2 (cromosoma 7q34): codifica per una chinasi ovocita-specifica essenziale per il controllo dell’arresto meiotico. Mutazioni omozigoti o eterozigoti composte di WEE2 bloccano l’uscita dalla MII e quindi la formazione dei pronuclei. Ad oggi, WEE2 conta 26 varianti identificate in 24 donne con TFF (Torra-Massana et al. 2023; Chen et al., AJHG 2018).
- TUBB8 (10p15.3): coinvolto nella formazione del fuso meiotico, le sue mutazioni causano arresto in MI, fallimento della fertilizzazione e arresto embrionario precoce.
- PATL2 (15q21.1): regolatore della traduzione materna, le cui mutazioni compromettono la maturazione ovocitaria.
- TLE6 (19p13.3): associato a TFF e letalità embrionaria preimpianto (Human Reproduction Update, 2023; F&S Reports, 2022).
Deficit di attivazione ovocitaria (OAD) di origine ovocitaria
È fondamentale distinguere l’OAD di origine spermatica da quello di origine ovocitaria. Mentre il primo risponde efficacemente all’attivazione ovocitaria artificiale (AOA) con ionoforo di calcio (che riproduce le oscillazioni di Ca²⁺), le forme ovocitarie — in particolare quelle da mutazione di WEE2 — non rispondono alla AOA convenzionale, perché il difetto risiede a valle del segnale calcico, nella trasduzione che porta all’inattivazione dell’MPF. Per queste forme sono in studio approcci alternativi come cicloesimide, TPEN, roscovitina e iniezione di cRNA complementare di WEE2.
Maturità ovocitaria
Un aspetto spesso sottovalutato è la maturità effettiva degli ovociti. Ovociti che appaiono morfologicamente maturi (MII con estrusione del primo globulo polare) possono in realtà non aver completato la maturazione citoplasmatica necessaria per sostenere la fertilizzazione. Il timing del pick-up rispetto al trigger è cruciale: un prelievo troppo precoce o troppo tardivo rispetto alla maturazione follicolare può compromettere significativamente il tasso di fertilizzazione.
Bassa riserva ovarica e basso numero di ovociti
Il numero di ovociti MII recuperati è un fattore predittivo indipendente: con ≤3 ovociti MII il rischio di TFF dopo ICSI aumenta significativamente. La probabilità di non avere embrioni da trasferire e i tassi di gravidanza peggiorano notevolmente quando si recuperano meno di 5 ovociti
Condizioni cliniche associate
La PCOS può portare al recupero di numerosi ovociti di qualità subottimale o immaturi, con conseguente formazione di embrioni di scarsa qualità. L’endometriosi è associata a una ridotta riserva ovarica e a una compromissione della qualità ovocitaria, con potenziale impatto sui tassi di fertilizzazione. Anche l’obesità femminile incrementa lo stress ossidativo e del reticolo endoplasmatico, con effetti negativi sulla competenza ovocitaria.
Fattori legati al protocollo di stimolazione
Tipo di trigger
Il trigger per la maturazione finale ovocitaria influenza la competenza degli ovociti. Nei protocolli con antagonista del GnRH, il dual trigger (agonista GnRH + hCG a basso dosaggio) migliora il numero di ovociti MII e la qualità embrionaria nelle normo-responder, ma i dati nelle low-responder sono meno chiari. In coorti di donatrici, il dual trigger è stato paradossalmente associato a un ridotto tasso di formazione di blastocisti rispetto al trigger con solo agonista del GnRH.
Durata della stimolazione e timing del trigger
Il rapporto tra durata della stimolazione ovarica e fase follicolare fisiologica (OS/FP) influenza il tasso di fertilizzazione: valori di OS/FP tra 0.67 e 0.77 si associano al tasso di fertilizzazione più elevato, mentre valori superiori a 0.77 peggiorano la qualità blastocitaria. Anche il dosaggio del progesterone sierico è indicativo del momento ottimale per procedere al pick-up: livelli troppo elevati possono compromettere sia la competenza ovocitaria sia la recettività endometriale.
Proporzione di follicoli dominanti
Nelle pazienti a bassa prognosi (POSEIDON gruppi 3 e 4), una proporzione di follicoli dominanti (DFP) superiore al 40% al giorno del trigger si associa a una riduzione significativa del numero di ovociti recuperati, degli embrioni clivati e di quelli disponibili.
Fattori di laboratorio
Condizioni di coltura
Le condizioni ambientali del laboratorio IVF sono determinanti spesso sottovalutati:
- Tensione di ossigeno: la coltura a 20% O₂ (atmosferica) rispetto al 5% si associa a maggiore produzione di ROS, danno mitocondriale, aumento dell’ammonio nel terreno di coltura e compromissione dello sviluppo embrionario. Attualmente la coltura al 5% è il gold standard, ma ancora non tutti i laboratori la adottano.
- Temperatura: la stabilità del fuso meiotico ovocitario è altamente sensibile alla temperatura; il fuso inizia a depolimerizzare a 33°C. Una coltura a 36.5°C vs 37°C si associa a ridotto tasso di fertilizzazione e meno embrioni di buona qualità.
- pH e osmolalità: variazioni del pH del terreno di coltura (dipendente dalla concentrazione di CO₂ e bicarbonato) e dell’osmolalità (influenzata da evaporazione, volume delle gocce, umidità dell’incubatore) possono indurre stress cellulare e inibire lo sviluppo embrionario.
- Materiali plastici: le piastre e i consumabili possono rilasciare bisfenoli e altri composti tossici che compromettono la fertilizzazione e lo sviluppo embrionario.
Abilità dell’embriologo
Un aspetto spesso non menzionato ma clinicamente rilevante è la competenza tecnica dell’operatore. Nella ICSI, il posizionamento dello spermatozoo, l’aspirazione e la rottura dell’oolema, e il timing dell’iniezione rispetto alla maturazione ovocitaria sono tutti fattori operatore-dipendenti. I fattori tecnici contribuirebbero al 5-10% dei casi di fallimento della fertilizzazione.
Difetti dell’interazione spermatozoo-zona pellucida (specifici della IVF convenzionale)
Nella IVF convenzionale, a differenza della ICSI, lo spermatozoo deve superare la zona pellucida autonomamente. Difetti nei recettori molecolari spermatici, nell’integrità acrosomale o nella reazione acrosomale stessa costituiscono la causa principale di fallimento nella IVF (il 60-90% degli ovociti non fertilizzati nella IVF convenzionale risulta privo di nucleo spermatico, indicando un fallimento della penetrazione) (IJRBM, 2022; ACMR Journal, 2021).
Strategie diagnostiche e terapeutiche
Alla luce di questa complessità multifattoriale, la gestione del LFR/TFF richiede un approccio sistematico:
- Test genetici: lo screening di PLCZ1 nel maschio e di WEE2, TLE6, TUBB8, PATL2 nella femmina andrebbe considerato precocemente, soprattutto nei casi ricorrenti. L’identificazione della mutazione causale è essenziale per orientare correttamente la terapia (F&S Reports, 2022; Torra-Massana et al., 2023).
- AOA con ionoforo di calcio: altamente efficace per i deficit di PLCζ spermatica; uno studio multicentrico giapponese su 198 coppie ha mostrato un tasso di nati vivi per transfer del 18% nel gruppo ICSI-AOA vs 4.7% nel gruppo ICSI convenzionale.
- Split IVF-ICSI e rescue ICSI: la suddivisione degli ovociti tra IVF e ICSI nel primo ciclo, soprattutto nell’infertilità inspiegata, può prevenire il TFF completo e fornire informazioni diagnostiche.
- Selezione spermatica avanzata: tecniche come lo ZyMōt (chip microfluidico) possono ridurre la frammentazione del DNA spermatico e migliorare la fertilizzazione, come suggerito anche dalle comunità di pazienti.
- Ottimizzazione del protocollo di stimolazione: personalizzazione del trigger, dei dosaggi e del timing del pick-up in base al profilo della paziente.
