A study of the durability of sperm cell motility and deoxyribo-nucleic acid damage during cryopreservation

Abstract

Semen cryopreservation is an essential technique in artificial insemination (AI) and assisted reproductive technology (ART). The addition of antioxidants to the freezing medium is a promising strategy to reduce cryo-induced damage to sperm cells. While sperm freezing has been extensively studied, this research aimed to improve the post-thaw durability and functionality of sperm. A total of 110 semen samples 55 from fertile and 55 from infertile individuals were collected and processed. After centrifugation, each sample was mixed with a cryoprotectant medium at a 1:1 (v/v) ratio. Three different cryoprotectant formulations (S1, S2, and S3), each containing varying concentrations of protective agents, were evaluated. The samples were then frozen in liquid nitrogen at −196°C. Post-thaw analyses included assessments of sperm count, motility, vitality, morphology, DNA fragmentation, and reactive oxygen species (ROS) levels representing a major strength of the study due to the comprehensive evaluation of sperm quality. The results showed significant differences in DNA fragmentation between fresh and cryopreserved samples. Among the tested formulations, S3 supplemented with citric acid anhydrous and taurine produced the best outcomes. It significantly improved sperm motility and vitality, while effectively reducing oxidative stress and cryodamage. Statistical analysis using one-way ANOVA and Tukey’s HSD test revealed significant differences in sperm morphology between fresh and post-thaw S3-treated samples (p < 0.05), with a 95% confidence level. A limitation of the study was the long interval between the use of fresh control samples and the analysis of cryopreserved samples, which may influence comparative accuracy. Despite this limitation, the findings suggest that the S3 formulation is highly effective in preserving sperm quality. These results support its potential integration into fertility preservation protocols in ART. Furthermore, the outcomes may guide clinical practice and support the development of national policies aimed at improving access to advanced cryopreservation techniques as part of comprehensive reproductive healthcare services.

La cryoconservation du sperme est une technique essentielle en insémination artificielle (IA) et en procréation médicalement assistée (PMA). L'ajout d'antioxydants au milieu de congélation est une stratégie prometteuse pour réduire les dommages causés aux spermatozoïdes par la cryoconservation. Bien que la congélation du sperme ait fait l'objet de nombreuses études, cette recherche visait à améliorer la durabilité et la fonctionnalité du sperme après décongélation. Au total, 110 échantillons de sperme, dont 55 provenant de personnes fertiles et 55 d'individus infertiles, ont été collectés et traités. Après centrifugation, chaque échantillon a été mélangé à un milieu cryoprotecteur dans un rapport 1:1 (v/v). Trois formulations cryoprotectrices différentes (S1, S2 et S3), chacune contenant des concentrations variables d'agents protecteurs, ont été évaluées. Les échantillons ont ensuite été congelés dans de l'azote liquide à −196 °C. Les analyses post-décongélation comprenaient des évaluations du nombre, de la motilité, de la vitalité, de la morphologie, de la fragmentation de l'ADN et des concentrations d'espèces réactives de l'oxygène (ERO) des spermatozoïdes, ce qui représente un atout majeur de l'étude grâce à l'évaluation exhaustive de la qualité du sperme. Les résultats ont montré des différences significatives de fragmentation de l'ADN entre les échantillons frais et cryoconservés. Parmi les formulations testées, la formule S3 supplémentée en acide citrique anhydre et en taurine a donné les meilleurs résultats. Elle a significativement amélioré la motilité et la vitalité des spermatozoïdes, tout en réduisant efficacement le stress oxydatif et les dommages cryogéniques. L'analyse statistique par ANOVA à un facteur et test HSD de Tukey a révélé des différences significatives dans la morphologie des spermatozoïdes entre les échantillons frais et les échantillons traités au S3 après décongélation (p < 0,05), avec un intervalle de confiance de 95 %. Une limite de l'étude était le long intervalle entre l'utilisation d'échantillons témoins frais et l'analyse d'échantillons cryoconservés, ce qui pourrait influencer la précision comparative.Malgré cette limite, les résultats suggèrent que la formulation S3 est très efficace pour préserver la qualité du sperme. Ces résultats plaident en faveur de son intégration potentielle aux protocoles de préservation de la fertilité en procréation médicalement assistée (AMP). De plus, ces résultats pourraient orienter la pratique clinique et soutenir l'élaboration de politiques nationales visant à améliorer l'accès aux techniques avancées de cryoconservation dans le cadre de services complets de santé reproductive.