Австралійські дослідники впливали високочастотним ультразвуком на людські сперматозоїди, внаслідок чого їхня рухливість збільшилася. Кожен сперматозоїд вчені поміщали в окрему мікрокраплю – це дало їм змогу оцінити стан кожної клітини до і після впливу. Вплив ультразвуком на живі нерухомі сперматозоїди змусив рухатися 34 відсотки з них. Крім того, рухливість уже рухливих клітин також збільшувалася. Результати опубліковані в Science Advances.
Природне запліднення неможливе без рухливих сперматозоїдів, а зниження їхньої рухливості зменшує вірогідність успіху, навіть коли використовуються допоміжні репродуктивні технології. Для поліпшення рухливості сперматозоїдів використовують інгібітори фосфодіестерази – вони існують у формі препаратів для орального застосування, а також їх застосовують у лабораторіях під час підготовки сперматозоїдів для штучного запліднення. Однак вони токсичні як для сперматозоїдів, так і для майбутніх ембріонів, тому після того, як ними впливають на зразки сперми, проводиться багатоступеневе промивання, через що ДНК сперматозоїдів може ушкоджуватися.
Механічна стимуляція рухливості сперматозоїдів може бути гарною альтернативою, оскільки не пошкоджує ДНК клітин і не знижує їхню життєздатність. Раннє дослідження показало, що вплив високочастотного ультразвуку збільшує рухливість бичачих і людських сперматозоїдів. Тоді дослідники використовували просту акустофлюїдну платформу: зразки сперми поміщали в мікромідинну камеру і стимулювали їх поверхневими акустичними хвилями, які поширювалися від п’єзоелектричної підкладки по всьому об’єму рідини. У такого способу є обмеження: під впливом ультразвуку клітини зміщуються і спостерігати за окремими сперматозоїдами до і після впливу складно.
Щоб розв’язати цю проблему, вчені з Університету Монаша під керівництвом Адріана Нілда (Adrian Neild) використовували краплинну мікрофлюїдику: кожен сперматозоїд зі зразків людської сперми вони поміщали в окрему мікрокраплю та спостерігали до й після 20-секундної дії ультразвукових хвиль потужністю 800 міліватів і частотою 40 мегагерців. Сперматозоїди отримали від здорових донорів і віднесли до трьох класів рухливості, залежно від швидкості прямолінійного плавання: А – прогресивно-рухливі (швидкість становила 25 мікрометрів за секунду або більше), B – непрогресивно-рухливі (швидкість від 5 до 25 мікрометрів за секунду) та C – нерухомі (швидкість менш ніж п’ять мікрометрів за секунду).
- Несподіване відкриття: втрата генів дозволяє виживати
- Вчені: При нічному освітленні риби стають сміливішими
- Вчені показали, як виглядає ваш мозок під псилоцибіном
Під дією ультразвуку рухливість сперматозоїдів значно збільшилася. Найбільший ефект стимуляція справила на майже нерухомі сперматозоїди (клас С): 61 відсоток із них перейшли в клас В, тобто стали рухатися прямолінійними траєкторіями зі швидкістю від 5 до 25 мікрометрів за секунду, а 11 відсотків (2 з 18 клітин) – у клас А. Серед клітин класу В 47 відсотків стали клітинами класу А. У результаті кількість нерухомих сперматозоїдів знизилася з 36 до 10 відсотків, кількість непрогресивно-рухомих збільшилася з 38 до 42 відсотків, а кількість прогресивно-рухомих збільшилася з 26 до 48 відсотків. Життєздатність сперматозоїдів при цьому не постраждала, а ДНК залишилася цілою.
Ali Vafaie et al. / Science Advances, 2024
Потім учені помістили в окремі мікрокраплі тільки нерухомі сперматозоїди і впливали на них ультразвуком тієї самої потужності та частоти. У підсумку 25 відсотків клітин почали рухатися так, що їх вийшло віднести до прогресивно-рухомих (п’ять відсотків) або непрогресивно-рухомих (20 відсотків), і ще дев’ять відсотків почали сіпатися, але залишалися на місці.
Рівні мітохондріального мембранного потенціалу сперматозоїдів після стимуляції ультразвуком знижувалися – це вказувало на те, що вплив ультразвуку впливає на функцію мітохондрій. Це, за словами авторів, може пояснювати збільшення рухливості клітин. Дослідники також зазначили, що під впливом ультразвуку температура в камері збільшувалася на 1,5 градуса. Однак навряд чи це вплинуло на збільшення рухливості: сперматозоїди починали краще рухатися одразу, а температура підвищувалася лише через 20 секунд впливу ультразвуку.
Автори зробили висновок, що запропонована ними технологія може використовуватися під час підготовки сперми для екстракорпорального запліднення (від відсотка рухливих сперматозоїдів залежить успішність процедури) або відбирати життєздатні сперматозоїди для інтрацитоплазматичної ін’єкції. Крім того, від рухливості сперматозоїдів залежить вибір підходящого методу штучного запліднення, і збільшення їхньої рухливості може дати змогу вибрати менш інвазивний і доступніший спосіб.