Сперматозоиды эффективно плывут против течения

Подобно лососю, плывущему против течения на нерест, сперматозоиды человека демонстрируют высокую эффективность в движении против потока жидкости. Это открытие, которое будет опубликовано в журнале eLife исследователями из MIT и Кембриджского университета, может помочь понять, как некоторым сперматозоидам удаётся преодолевать большие расстояния по сложному рельефу, чтобы достичь и оплодотворить яйцеклетку.

Из сотен миллионов сперматозоидов, начинающих путь по фаллопиевым трубам, до цели добираются лишь единицы. Им необходимо плыть в правильном направлении на расстояния, примерно в 1000 раз превышающие их собственную длину, преодолевая различные химические среды и течения.

Хотя известно, что сперматозоиды могут «чувствовать» химические вещества, выделяемые яйцеклеткой на близком расстоянии, это не объясняет, как они ориентируются на большей части пути.

Искусственные микроканалы вместо яйцеводов

Поскольку наблюдать за сперматозоидами внутри человеческого тела сложно, исследователи создали серию искусственных микроканалов разного размера и формы, куда поместили сперматозоиды. Меняя скорость потока жидкости в трубках, они изучали реакцию клеток на разные скорости течения.

Они обнаружили, что при определённых скоростях потока сперматозоиды могут очень эффективно плыть вверх по течению в течение нескольких минут. Более того, клетки плыли не по прямой, а по спирали вдоль стенок канала. Сперматозоиды реагируют на разницу в скорости течения у стенок камеры (где жидкость притягивается к поверхности и движется медленнее) и в свободном центре трубки.

Если биологам удастся обнаружить аналогичные скорости потока жидкости внутри яйцевода, это может подтвердить, используют ли сперматозоиды этот механизм для навигации.

Возможный прогресс в искусственном оплодотворении

Это открытие не только углубляет понимание репродукции человека, но и может в будущем привести к созданию новых диагностических инструментов и более эффективных методов искусственного оплодотворения. Специалисты по репродукции могли бы брать образцы спермы и искусственно воссоздавать условия внутри тела, чтобы выявить клетки с лучшими способностями к плаванию и предварительно отобрать наиболее вероятных к успеху.

Исследователи также могут экспериментировать с разной вязкостью жидкости в микроканалах, чтобы определить условия для наиболее сильного эффекта движения против течения. Идея заключается в тонкой настройке свойств жидкой среды, содержащей сперматозоиды, перед введением в тело, чтобы клетки могли достичь оптимального движения вверх по потоку.

Это исследование даёт важное новое представление о потенциальном механизме навигации сперматозоидов в теле человека. Однако потребуется гораздо больше работы, чтобы определить, ведут ли себя сперматозоиды таким же образом в гораздо более сложной среде внутри самого яйцевода.

В дальнейшем исследователи планируют изучить, могут ли сперматозоиды сотрудничать для достижения яйцеклетки. Вопреки распространённому мнению о конкуренции, последние исследования показывают, что сперматозоиды часто накапливаются у поверхности трубки, создавая высокую локальную концентрацию, что потенциально позволяет им плыть быстрее коллективно.