Исследователи обнаружили, что сперматозоиды движутся по «закрученной ленте»
Исследователи из Школы инженерии и прикладных наук Генри Самуэли Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) выявили ранее не наблюдавшееся плавание человеческих и лошадиных сперматозоидов. Это открывает путь к более сложному исследованию локомоции и биофизики сперматозоидов.
Исследование, опубликованное в журнале Scientific Reports (Nature Publishing Group), может привести к более глубокому пониманию того, как сперматозоиды движутся к оплодотворению и как реагируют на различные токсины или химические вещества.
Учёные под руководством Айдогана Озкана, доцента электротехники и биоинженерии, использовали мощный безлинзовый голографический микроскоп. Он может захватывать трёхмерные траектории движения более тысячи сперматозоидов одновременно.
Сперматозоиды движутся по «хиральным ленточным» траекториям: их головки колеблются из стороны в сторону, пока жгутик толкает их вперёд. В одних случаях их движение напоминает спиральную ленту, как полосы на парикмахерском шесте. В других — образует более сложный паттерн «скрученной ленты», при котором их тела словно следуют по поверхности штопора.
Крошечный размер головки сперматозоида (около 3–4 микрометров) и высокая скорость движения (до 100 микрометров в секунду) затрудняют полную 3D-фиксацию их активности. Однако вычислительная безлинзовая визуализация имеет серьёзные преимущества перед линзовыми микроскопами для отслеживания такого быстрого микромасштабного движения.
«Такой тип движения ранее не наблюдался у сперматозоидов любого вида или других микро-пловцов», — заявил Озкан. Подобные высокопроизводительные исследования движения сперматозоидов могут привести к прогрессу в понимании процесса оплодотворения и найти применение в ветеринарии для селекции животных.
Образцы спермы человека и лошади показали значительные различия. Примерно 27% сперматозоидов лошади двигались по паттерну «скрученной ленты», в то время как среди человеческих таких было менее 2%. Кроме того, около 85% лошадиных сперматозоидов, формировавших хиральные ленточные траектории, двигались в левостороннем направлении, тогда как примерно 65% человеческих — в правостороннем.
Озкан отметил, что для определения причин таких паттернов нужны дополнительные исследования. Возможно, эти типы движения помогают клеткам обнаруживать стимулы, такие как тепло или хемоаттрактанты. Они также могут быть следствием асимметрии в головках сперматозоидов, которая и вызывает ленточное движение при плавании к цели.
Команда планирует продолжить исследования, наблюдая за 3D-движением сперматозоидов в присутствии различных фармацевтических препаратов или токсинов, а также проведя высокопроизводительные тесты на подвижность сперматозоидов в 3D.