По данным Всемирной организации здравоохранения, около 70 миллионов пар во всем мире страдают бесплодием. Текущие данные свидетельствуют о том, что почти треть случаев бесплодия возникает из-за плохого качества спермы. Для пар, подвергающихся экстракорпоральному оплодотворению, определенные характеристики сперматозоидов, такие как подвижность и выносливость, имеют решающее значение при сортировке и отборе сперматозоидов. Однако выбор наиболее подходящей спермы может быть проблемой.
Теперь исследователи из Brigham and Women’s Hospital (BWH) разработали простой и экономичный дизайн для сортировки сперматозоидов, в котором здоровые, подвижные сперматозоиды могут быть эффективно отделены с помощью микрожидкостных сортировочных чипов с ограниченным пространством.
Исследование было опубликовано онлайн в этом месяце в научно-техническом журнале Small.
По словам исследователей, дизайн чипа был вдохновлен природой. У женщин сперматозоиды естественным образом должны проходить через цервикальную слизь в цервикальном канале, чтобы достичь яйцеклетки и оплодотворить ее. Путь, по которому должна плавать сперма, похож на микрофлюидный канал, поскольку иногда слизь на стенках влагалища становится водянистой и образует крошечные микроканалы, по которым сперма проходит через яйцеклетку.
Основываясь на этом естественном явлении, исследователи разработали микрожидкостную конструкцию с длиной и масштабом каналов, по которым сперматозоиды могут успешно плавать к яйцеклетке.
"Эти микрожидкостные биоинспирированные устройства создают крошечные коридоры для клеток в масштабе, сопоставимом с их собственным, позволяя им взаимодействовать со своим окружением и друг с другом," – сказал Уткан Демирчи, доктор философии, доцент кафедры медицины, медицинских наук и технологий в Медицинской школе Гарвардского университета, больница Бригама и женщин, главный исследователь лаборатории биоакустических мембран в медицине BWH, старший автор исследования. "Это позволяет применять такие приложения, как сортировка клеток, контролируя их микросреду."
Исследователи протестировали свою конструкцию на сперматозоидах человека и мыши, используя вычислительные модели для оценки движения сперматозоидов по мере их продвижения по каналам разной длины.
Измеряя влияние времени истощения сперматозоидов, они обнаружили, что среднее время истощения спермы мышей составляет 30 минут во время инкубации. С другой стороны, человеческие сперматозоиды были на максимальной подвижности в течение до одного часа инкубации при плавании в 20-миллиметровом канале.
"Эти недорогие устройства сортируют сперму без обработки образцов," сказал Демирчи. "Это может привести к уникальным и простым стратегиям тестирования спермы в домашних условиях, особенно если мы сможем интегрировать это с существующими технологиями, такими как сотовые телефоны и камеры."
Что касается расширения использования технологии за пределы лечения бесплодия, Савас Тасоглу, доктор философии, BWH Bio-Acoustic Mems in Medicine Laboratory, добавляет первый автор исследования, "Эта технология также может быть полезна для сохранения спермы исчезающих видов, для которых доступ к образцам затруднен в дикой природе."