Сперматозоиды меняют стиль плавания для поиска яйцеклетки

Новое исследование показывает, как сперматозоиды меняют паттерны движения для навигации к яйцеклетке: от симметричного, прямолинейного плавания к асимметричному, которое способствует круговому движению.

Это изменение поведения, называемое гиперактивацией, позволяет сперматозоиду «прочесывать» область вблизи яйцеклетки, что повышает его шансы на её обнаружение.

Для исследования in vitro ученые создали микрофлюидные чипы с каналами микронного размера, чтобы наблюдать за бычьими сперматозоидами с помощью микроскопа и высокоскоростной камеры.

Раскрывая задействованные механизмы, исследование не только разгадывает тайну навигации сперматозоидов, но и имеет значение для экстракорпорального оплодотворения (ЭКО) у людей, воспроизводства молочных коров, а также предоставляет новую информацию для инженеров, проектирующих роботизированных микропловцов.

Исследование "Mammalian Sperm Hyperactivation Regulates Navigation Via Physical Boundaries and promotes Pseudo-Chemotaxis" было опубликовано 29 октября в Proceedings of the National Academy of Sciences.

В работе объясняется, как миллионы сперматозоидов проходят через репродуктивный тракт самки млекопитающего, и лишь единицы достигают места оплодотворения. Сперматозоиды держатся близко к стенкам и плывут по прямой против слабого тока жидкости. Однако, достигнув яйцевода и двигаясь к яйцеклетке, приток ионов кальция (Ca²⁺) в жгутик запускает гиперактивацию и круговое плавание. Требуются дальнейшие исследования, чтобы понять, что именно запускает этот приток кальция.

Микрофлюидные чипы позволили манипулировать средой. Команда зафиксировала, как сперматозоиды плывут вдоль стенок камеры. Затем они протестировали соединения, включая кофеин, которые повышают уровень ионов кальция в цитоплазме клетки. В присутствии кальция было зафиксировано переключение поведения сперматозоидов с симметричного прямолинейного плавания на гиперактивированное круговое, при котором они больше не прижимались к стенкам. Без этого переключения сперматозоиды могли бы попадать в тупики.

Ключевые выводы:

• Гиперактивация — ключевой переключатель между прямым и круговым поисковым плаванием.
• Ионы кальция (Ca²⁺) являются триггером этого переключения.
• Это поведение необходимо для успешного оплодотворения и помогает сперматозоидам избегать тупиков в репродуктивном тракте.

Понимание этих навигационных механизмов и биофизических сигналов может помочь в лечении бесплодия и оптимизации стратегий ЭКО.