Открытие, которое будет опубликовано в журнале eLife исследователями из Массачусетского технологического института и Кембриджского университета, может помочь нам понять, как некоторые сперматозоиды путешествуют на такие большие расстояния по труднопроходимой местности, чтобы добраться до яйцеклетки и оплодотворить ее.
Из сотен миллионов сперматозоидов, которые начинают свой путь по яйцеводам, лишь несколько стойких путешественников когда-либо достигнут места назначения. Мало того, что клетки должны плыть в правильном направлении на расстояния, которые примерно в 1000 раз больше их собственной длины, они также подвергаются воздействию различных химикатов и течений на своем пути.
Хотя мы знаем, что сперматозоиды могут «чувствовать запах» химических веществ, выделяемых яйцеклеткой, когда они очень близко подходят к ней, это не объясняет, как они перемещаются на протяжении большей части своего путешествия, – говорит Йорн Данкель, доцент математики Массачусетского технологического института. и член исследовательской группы.
«Мы хотели знать, какие физические механизмы могут отвечать за навигацию», – говорит Дункель, проводивший исследование вместе с Василием Канцлером из Сколковского института науки и технологий и Университета Уорвика (и в настоящее время посещающий Массачусетский технологический институт); Раймонд Э. Гольдштейн из Кембриджа; и Мартин Блейни из клиники Борн Холл в США.K. "Если вы думаете, например, о лососе, он может плыть против течения, и вопрос заключался в том, действительно ли что-то подобное можно подтвердить для сперматозоидов человека."
Микроканалы вместо яйцеводов
Однако наблюдать плавание сперматозоидов внутри человеческого тела – непростая задача. Поэтому, пытаясь понять, на что способны клетки, исследователи вместо этого построили серию искусственных микроканалов разных размеров и форм, в которые они вставляли сперматозоиды. Затем они смогли изменить поток жидкости через трубки, чтобы исследовать, как клетки реагируют на разные скорости тока.
Они обнаружили, что при определенных скоростях потока сперматозоиды могут очень эффективно плавать вверх по течению. «Мы обнаружили, что если вы создадите правильную скорость потока, вы сможете наблюдать, как они плывут вверх по течению в течение нескольких минут», – говорит Дункель. "Механизм очень прочный."
Более того, исследователи были удивлены, обнаружив, что сперматозоиды плавают не по прямой линии вверх по течению, а в спиралевидном движении вдоль стенок канала. По словам Дункеля, сперматозоиды реагируют на разницу в скорости тока у стенок камеры – там, где жидкость притягивается к поверхности и, следовательно, движется медленнее всего – и на свободно протекающий центр трубки.
Если биологи смогут наблюдать аналогичные скорости потока жидкости в яйцеводе, это может помочь подтвердить, действительно ли сперматозоиды используют этот механизм для перемещения по телу, говорит он.
Возможные достижения в области искусственного оплодотворения
Исследователи утверждают, что это не только улучшит наше понимание репродукции человека, но и может однажды позволить нам разработать новые диагностические инструменты и более эффективные методы искусственного оплодотворения. Специалисты по репродукции могут взять образцы спермы и искусственно воссоздать условия в организме, чтобы идентифицировать клетки, которые являются лучшими пловцами, в попытке предварительно отобрать те из них, которые с наибольшей вероятностью добьются успеха, говорит Дункель.
По его словам, исследователи могут также экспериментировать с различной вязкостью жидкости в микроканалах, чтобы определить, какой из них дает самый сильный эффект плавания вверх по течению. "Таким образом, идея заключалась бы в том, чтобы точно настроить свойства жидкой среды, в которой содержатся сперматозоиды, прежде чем вставлять ее в тело, чтобы вы знали, что клетки могут достичь оптимального плавания против течения."
Тем временем исследователи планируют начать исследование, могут ли сперматозоиды работать вместе, чтобы достичь яйцеклетки. «Принято считать, что существует конкуренция между сперматозоидами, причем наиболее приспособленные первыми достигают яйцеклетки», – говорит Дункель. «Но недавние исследования нашей команды и других показывают, что сперма практически всегда накапливается на поверхности трубки, и вы можете получить высокую локальную концентрацию сперматозоидов, так что на самом деле между этими клетками может быть сотрудничество, которое позволяет им плавать. быстрее коллективно."
Исследование поддержано Европейским исследовательским советом.