Ультразвук заставил сперматозоиды двигаться быстрее

Австралийские исследователи воздействовали высокочастотным ультразвуком на человеческие сперматозоиды, в результате чего их подвижность увеличилась. Каждый сперматозоид ученые помещали в отдельную микрокаплю — это позволило им оценить состояние каждой клетки до и после воздействия. Воздействие ультразвуком на живые неподвижные сперматозоиды заставило двигаться 34 процентов из них. Кроме того, подвижность уже подвижных клеток также увеличивалась. Результаты опубликованы в Science Advances.

Естественное оплодотворение невозможно без подвижных сперматозоидов, а снижение их подвижности уменьшает вероятность успеха, даже когда используются вспомогательные репродуктивные технологии. Для улучшения подвижности сперматозоидов используют ингибиторы фосфодиэстеразы — они существуют в форме препаратов для орального применения, а также их применяют в лабораториях во время подготовки сперматозоидов для искусственного оплодотворения. Однако они токсичны как для сперматозоидов, так и для будущих эмбрионов, поэтому после того, как ими воздействуют на образцы спермы, проводится многоступенчатая промывка, из-за чего ДНК сперматозоидов может повреждаться.

Механическая стимуляция подвижности сперматозоидов может быть хорошей альтернативой, поскольку не повреждает ДНК клеток и не снижает их жизнеспособность. Раннее исследование показало, что воздействие высокочастотного ультразвука увеличивает подвижность бычьих и человеческих сперматозоидов. Тогда исследователи использовали простую акустофлюидную платформу: образцы спермы помещали в микрожидкостную камеру и стимулировали их поверхностными акустическими волнами, которые распространялись от пьезоэлектрической подложки по всему объему жидкости. У такого способа есть ограничение: под воздействием ультразвука клетки смещаются и наблюдать за отдельными сперматозоидаии до и после воздействия сложно.

Чтобы решить эту проблему, ученые из Университета Монаша под руководством Адриана Нилда (Adrian Neild) использовали капельную микрофлюидику: каждый сперматозоид из образцов человеческой спермы они помещали в отдельную микрокаплю и наблюдали до и после 20-секундного воздействия ультразвуковых волн мощностью 800 милливатт и частотой 40 мегагерц. Сперматозоиды получили от здоровых доноров и отнесли к трем классам подвижности, в зависимости от скорости прямолинейного плавания: А — прогрессивно-подвижные (скорость составляла 25 микрометров в секунду или более), B — непрогрессивно-подвижные (скорость от 5 до 25 микрометров в секунду) и C — неподвижные (скорость менее пяти микрометров в секунду).

Под действием ультразвука подвижность сперматозоидов значительно увеличилась. Самый большой эффект стимуляция оказала на почти неподвижные сперматозоиды (класс С): 61 процент из них перешли в класс В, то есть стали двигаться по прямолинейным траекториям со скоростью от 5 до 25 микрометров в секунду, а 11 процентов (2 из 18 клеток) — в класс А. Среди клеток класса В 47 процентов стали клетками класса А. В результате количество неподвижных сперматозоидов снизилось с 36 до 10 процентов, количество непрогрессивно-подвижных увеличилось с 38 до 42 процентов, а количество прогрессивно-подвижных увеличилось с 26 до 48 процентов. Жизнеспособность сперматозоидов при этом не пострадала, а ДНК осталась целой.

Затем ученые поместили в отдельные микрокапли только неподвижные сперматозоиды и воздействовали на них ультразвуком той же мощности и частоты. В итоге 25 процентов клеток начали двигаться так, что их получилось отнести к прогрессивно-подвижным (пять процентов) или непрогрессивно-подвижным (20 процентов), и еще девять процентов начали подергиваться, но оставались на месте.

Уровни митохондриального мембранного потенциала сперматозоидов после стимуляции ультразвуком снижались — это указывало на то, что воздействие ультразвука влияет на функцию митохондрий. Это, по словам авторов, может объяснять увеличение подвижности клеток. Исследователи также отметили, что под воздействием ультразвука температура в камере увеличивалась на 1,5 градуса. Однако вряд ли это повлияло на увеличение подвижности: сперматозоиды начинали лучше двигаться сразу, а температура повышалась лишь спустя 20 секунд воздействия ультразвука.

Авторы заключили, что предложенная ими технология может использоваться во время подготовки спермы для экстракорпорального оплодотворения (от процента подвижных сперматозоидов зависит успешность процедуры) или отбирать жизнеспособные сперматозоиды для интрацитоплазматической инъекции. Кроме того, от подвижности сперматозоидов зависит выбор подходящего метода искусственного оплодотворения, и увеличение их подвижности может позволить выбрать менее инвазивный и более доступный способ.

Ранее ученые выяснили, что подвижность и жизнеспособность сперматозоидов может меняться под действием слизи шейки матки: шансов выжить у сперматозоидов тем больше, чем больше аллелей главного комплекса гистосовместимости различаются у мужчины и женщины.