Die Spermatogenese ist der Vorgang, durch den haploide Spermien in den männlichen Hoden produziert werden. Er beginnt mit Stammzellen, die sich in der Nähe des äußeren Randes der Hodenkanälchen befinden. Diese Stamm-Spermatogonien teilen sich asymmetrisch, um zusätzliche Stammzellen (d.h. Selbsterneuerung) sowie Spermienvorläufer, die so genannten Spermatozyten, zu erzeugen. Wichtig ist, dass diese Methode der asymmetrischen mitotischen Teilung eine Population der Stamm-Spermatogonien im männlichen Fortpflanzungstrakt aufrechterhält, wodurch sichergestellt wird, dass während der gesamten Lebensspanne des Mannes Spermien produziert werden. Im Verlauf der Spermatogenese beginnen die Spermien mit der Meiose und teilen sich schließlich zu vier Spermien mit jeweils nur 23 Chromosomen, die in den männlichen Fortpflanzungstrakt abgegeben werden. Interessanterweise steht dies im Gegensatz zur Oogenese bei Frauen, bei der aus jeder Vorläuferzelle nur eine einzige Eizelle erzeugt wird.

Spermatogenese und Reifung

Am Ende der Spermatogenese entwickeln die Spermien ihre charakteristische Form: einen Kopf, der wenig Zytoplasma und einen stark verdichteten Nukleus enthält und den beweglichen Schwanz (Flagellum). Sie sind kleine Zellen ohne Organellen wie z. B. Ribosomen, ER oder Golgi, aber sie haben jedoch viele Mitochondrien um das Flagellum herum, die die Bewegungskraft ermöglichen. Direkt unter dem Kopf befindet sich das Akrosom-Vesikel, welches hydrolytische Enzyme enthält, um die Eihülle zu durchdringen. Dieser Inhalt wird durch die Exozytose freigesetzt.

Die Spermien durchlaufen nach der Spermatogenese einen zusätzlichen Reifungsprozess. Interessanterweise tritt dieser bei den Spermien erst im weiblichen Genitaltrakt auf. Hier verursachen Bestandteile des weiblichen Trakts, wie der Schleim, wesentliche Veränderungen dieser Keimzellen. Dazu gehört die Entfernung des Cholesterins aus ihren Membranen. Dadurch können verschiedene Moleküle in die Spermien eindringen, wie z.B. Bikarbonat-Ionen, die neue Proteine aktivieren und somit die Schwanzbewegungen verstärken können. Diese intensiven Bewegungen helfen den Spermien, sich in Richtung der dicken, auf Protein-basierenden zona pellucida, die die Eizelle umgibt, zu bewegen und schließlich in diese einzudringen. Darüber hinaus führen Veränderungen der Zellmembran zu einer Erhöhung der Konzentration der Kalzium-Ionen in den Spermien, was ebenfalls für die Penetration derzona pellucida notwendig ist. Daher erfordern reife Spermien, die eine schnelle Schwanzbewegung und die Fähigkeit zur Lokalisierung, Bindung und Penetration der Eizelle aufweisen, die einzigartigen Bedingungen der weiblichen Fortpflanzungsorgane.

Faktoren, welche die Spermatogenese beeinflussen

Spezielle Faktoren können die Spermienproduktion beeinflussen. Ein gut dokumentierter Faktor ist die Einwirkung von Hitze auf den Hodensack: Männer, die nachweislich lange sitzen (wie Taxifahrer) oder Metallschweißer, weisen ein erhöhtes Risiko für Unfruchtbarkeit oder Spermien mit verminderter Beweglichkeit auf. Neben der Temperatur wurde auch festgestellt, dass bestimmte Medikamente negative Auswirkungen auf die Spermatogenese haben. Dazu gehören Hormonantagonisten, die zur Behandlung von Prostataerkrankungen eingesetzt werden, Krebsbehandlungen und sogar spezifische Antibiotika. Daher betonen einige Fachleute die Notwendigkeit, Männer vor den Auswirkungen dieser Medikamente auf ihre reproduktive Gesundheit zu warnen, anstatt sich nur darauf zu konzentrieren, welche Medikamente eine Frau, die eine Schwangerschaft plant, vermeiden sollte.