Точная 3D-визуализация сперматозоидов на высокой скорости может улучшить ЭКО

Исследователи из Тель-Авивского университета (TAU) разработали безопасный и точный метод 3D-визуализации для идентификации сперматозоидов, движущихся с высокой скоростью.

Исследование, опубликованное в Science Advances 10 апреля, возглавляли профессор Натан Шакед с кафедры биомедицинской инженерии инженерного факультета TAU и аспирант TAU Гилли Дардикман-Йоффе.

Новая технология может предоставить врачам возможность отбирать сперматозоиды наивысшего качества для инъекции в яйцеклетку во время процедуры ЭКО, потенциально повышая шансы женщины на беременность и рождение здорового ребенка.

Проблема отбора сперматозоидов при ЭКО

Самый распространенный сегодня тип ЭКО — интрацитоплазматическая инъекция сперматозоида (ICSI), при которой эмбриолог отбирает сперматозоид и вводит его в яйцеклетку. Естественный отбор, при котором до яйцеклетки первым добирается самый быстрый и, предположительно, генетически качественный сперматозоид, в условиях in vitro недоступен.

Существующие технологии визуализации, способные оценить качество генетического материала сперматозоида, могут повредить эмбрион и потому запрещены. В отсутствие точных критериев отбор ведется в основном по внешним характеристикам и подвижности в воде в чашке Петри, что сильно отличается от естественной среды организма женщины. Кроме того, сперматозоиды в основном прозрачны при обычной световой микроскопии, а использование окрашивания в человеческом ЭКО не допускается.

Новый метод: световая томография

Исследователи применили для визуализации технологию световой компьютерной томографии (КТ). Вместо вращения устройства вокруг объекта (как в медицинском КТ-сканере) они использовали естественную особенность сперматозоида: его головка постоянно вращается при поступательном движении.

Метод использует слабый свет (не рентгеновские лучи), который не повреждает клетку. Во время сверхбыстрого движения сперматозоида записывается его голограмма, а различные внутренние компоненты идентифицируются по их показателю преломления. Это создает точную, высокодинамичную 3D-карту содержимого клетки без использования окрашивания.

Результаты и перспективы

С помощью этой техники исследователи получили четкое и точное КТ-изображение сперматозоида с очень высоким разрешением в четырех измерениях: три пространственных с разрешением менее половины микрона и точное временное (движение) измерение в субмиллисекундном диапазоне.

Новая разработка позволяет проводить высокоразрешающую визуализацию головки сперматозоида во время быстрого движения без применения вредных для эмбриона красителей. Это может значительно улучшить отбор сперматозоидов in vitro.

В дальнейшем технология будет использована для изучения связи между 3D-движением, структурой, содержимым сперматозоида и его способностью к оплодотворению. Такие возможности визуализации также могут найти применение в других медицинских областях, например, при разработке эффективных биомиметических микророботов для доставки лекарств в организме.