Castração química: estado da arte atual e novas estratégias envolvendo o eugenol e nanopartículas de magnetita

Abstract

The development of safe, effective, and low-cost non-surgical contraceptive methods remains a major challenge for large-scale population control of free-roaming animals. Beyond veterinary applications, non-hormonal, localized approaches to male contraception may also offer insights relevant to human reproductive health, where non-surgical alternatives to vasectomy remain limited. To better understand this field and propose new strategies for male contraception, the present study was divided into two parts. First, a systematic review was conducted to compile chemical castration methodologies documented in the literature for mammals. The focus was on evaluating methods involving the local administration of sclerosing substances, considering the most explored mechanisms of action and the effectiveness of these products in reducing male fertility. The systematic review concluded that methods causing osmotic stress, such as calcium chloride and hypertonic saline, applied via the intratesticular route, were able to decrease serum testosterone concentration and cause seminiferous tubule atrophy and azoospermia, without triggering systemic effects. The experimental study with adult Wistar rats evaluated the effects of local application (intratesticular and intraepididymal) of eugenol on histological parameters of reproductive organs (experiment 1), as well as the intraepididymal application of eugenol (Eug), magnetite nanoparticles (FeO), and eugenol-coated magnetite nanoparticles (Eug·FeO; experiment 2). In experiment 1, the main findings were that intratesticular administration of eugenol triggered degeneration of the seminiferous epithelium, tubular atrophy, interstitial fibrosis, and reduced morphological parameters of Leydig cells, indicating impaired spermatogenesis and testicular function. Intraepididymal administration triggered epithelial necrosis, and fibrotic remodeling, culminating in a complete loss of sperm motility without significant morphological changes in the testis, showing that infertility can be induced by localized changes in the epididymis. In experiment 2, histopathological analysis revealed a temporal progression from inflammatory infiltrates at 24 h to nodular epididymal remodeling at 14 days. These lesions persisted at 80 days and were accompanied by luminal narrowing and absence of luminal spermatozoa, whereas testicular architecture remained preserved. Oxidative and nitrosative stress markers increased transiently at 14 days, returning to control levels by 80 days. Proteomic analysis of epididymal fluid revealed distinct group-specific protein profiles. All treatments reduced sperm motility, whereas normal sperm morphology was reduced in the Eug and Eug·FeO groups, and sperm plasma membrane integrity only in the Eug group. Mating behavior was preserved, but the male fertility index dropped to 0% after Eug treatment and to 10% after FeO or Eug·FeO treatment, relative to the control group. Intratesticular and serum testosterone, serum FSH, LH, and physiological stress indicators were not affected by treatment. These findings demonstrate that intraepididymal administration induced persistent epididymal remodeling, associated with impaired sperm quality and reduced fertility, through a localized, non-endocrine mechanism. Functionalization of FeO with eugenol attenuated the biological effects observed with free eugenol, while still maintaining a reduction in male fertility, which supports the need for further investigation of this localized, non-hormonal contraceptive approach. Keywords: chemical sterilization; male contraception; epididymis; eugenol; magnetite nanoparticles; nanotechnology.O desenvolvimento de métodos contraceptivos não cirúrgicos seguros, eficazes e de baixo custo permanece um grande desafio para o controle populacional em larga escala de animais de rua. Além das aplicações veterinárias, abordagens não hormonais e localizadas para a contracepção masculina também podem oferecer perspectivas relevantes para a saúde reprodutiva humana, área em que alternativas não cirúrgicas à vasectomia ainda são limitadas. Para melhor entender esse universo e propor novas estratégias para a contracepção masculina, o presente estudo foi dividido em duas partes. Primeiro, realizou-se uma revisão sistemática para compilar metodologias de castração química documentadas na literatura em mamíferos. O foco foi avaliar métodos que envolvessem a administração local de substâncias esclerosantes, considerando os mecanismos de ação mais explorados e a eficácia dos produtos na redução da fertilidade masculina. A revisão sistemática concluiu que os métodos que causam estresse osmótico, como cloreto de cálcio e salina hipertônica, aplicados por via intratesticular, foram capazes de diminuir a concentração de testosterona sérica e causar atrofia de túbulos seminíferos e azoospermia, sem desencadear efeitos sistêmicos. O estudo experimental com ratos Wistar adultos avaliou os efeitos da aplicação local (intratesticular e intraepididimária) do eugenol sobre parâmetros histológicos de órgãos reprodutores (experimento 1), bem como a aplicação intraepididimária de eugenol (Eug), de nanopartículas de magnetita (FeO) e de nanopartículas de magnetita revestidas com eugenol (Eug·FeO; experimento 2). No experimento 1, os principais achados foram que a administração intratesticular de eugenol desencadeou degeneração do epitélio seminífero, atrofia tubular, fibrose intersticial, e redução dos parâmetros morfológicos das células de Leydig, indicando comprometimento da espermatogênese e da função testicular. A administração intraepididimária desencadeou necrose epitelial e remodelamento fibrótico, culminando na perda completa da motilidade espermática sem alterações morfológicas significativas no testículo, evidenciando que a infertilidade pode ser induzida por alterações localizadas no epidídimo. No experimento 2, a análise histopatológica revelou uma progressão temporal, de infiltrados inflamatórios em 24 h a remodelamento epididimário nodular em 14 dias. Essas lesões persistiram aos 80 dias e foram acompanhadas por estreitamento luminal e ausência de espermatozoides no lúmen, ao passo que a arquitetura testicular permaneceu preservada. Os marcadores de estresse oxidativo e nitrosativo aumentaram transitoriamente em 14 dias, retornando aos níveis do controle aos 80 dias. A análise proteômica do fluido epididimário revelou perfis proteicos distintos e específicos para cada grupo. Todos os tratamentos reduziram a motilidade espermática, enquanto a morfologia espermática normal foi reduzida nos grupos Eug e Eug·FeO, e a integridade da membrana plasmática espermática apenas no grupo Eug. O comportamento de acasalamento foi preservado, mas o índice de fertilidade masculina caiu para 0% após o tratamento com Eug e para 10% após o tratamento com FeO ou Eug·FeO, em relação ao grupo controle. A testosterona intratesticular e sérica, o FSH, o LH, e os indicadores de estresse fisiológico séricos não foram afetados pelo tratamento. Esses achados demonstram que a administração intraepididimária induziu um remodelamento epididimário persistente, associado a comprometimento da qualidade espermática e redução da fertilidade, por meio de um mecanismo localizado e não endócrino. A funcionalização do FeO com eugenol atenuou os efeitos biológicos observados com o eugenol livre, mantendo, contudo, a redução da fertilidade masculina, o que sustenta a necessidade de investigações adicionais sobre essa abordagem contraceptiva localizada e não hormonal. Palavras-chave: esterilização química; contracepção; testículo; epidídimo; subfertilidade; nanotecnologia.