Первые 3D-видео живых сперматозоидов
Для повышения успешности процедур экстракорпорального оплодотворения (ЭКО) клиникам необходимо оценивать жизнеспособность используемых сперматозоидов. Теперь у врачей может появиться новый метод для отбора лучших клеток: система отслеживания, разработанная группой исследователей из четырёх европейских институтов, которая создаёт 3D-видео живых сперматозоидов. Помимо демонстрации движения и поведения клеток в реальном времени, этот метод одновременно обеспечивает детальное 3D-изображение их формы и структуры для выявления потенциальных аномалий, вызывающих бесплодие, например, «изогнутого хвоста», который мешает клеткам плыть прямо.
Исследователи заявляют, что это первая методика сбора данных о подвижности сперматозоидов — ключевом показателе успеха ЭКО — в трёх измерениях и с течением времени. Они описывают свой метод в статье, опубликованной в открытом журнале Biomedical Optics Express Оптического общества (OSA).
В настоящее время концентрация и подвижность сперматозоидов оцениваются либо субъективным визуальным методом, либо с помощью компьютерного анализа спермы (CASA). Хотя CASA даёт больше деталей и меньше ошибок, он всё же позволяет отслеживать и визуализировать клетки только в двух измерениях. В новой методике команда исследователей из Италии и Бельгии объединила микроскопию и голографию для визуализации живых сперматозоидов не только в двух измерениях (положение по x и y), но и по глубине (положение z).
«Записывая видео движущихся сперматозоидов в 3D, мы добавляем четвёртое измерение — время», — сказал ведущий автор Джузеппе Ди Каприо из Института микроэлектроники и микросистем Национального исследовательского совета (NRC) в Неаполе, Италия, и Гарвардского университета в Кембридже, Массачусетс.
Для создания системы отслеживания исследователи сначала разделили лазерный луч на два. Один луч пропустили через чашку с живыми плавающими сперматозоидами, а затем, после увеличения через микроскоп, совместили его со вторым лучом.
«Наложенные лучи создают интерференционную картину, которую мы можем записать на камеру, — объяснил Ди Каприо. — Полученное изображение представляет собой голограмму, содержащую информацию о морфологии сперматозоидов и их положении в трёхмерном пространстве. Просматривая серию таких голограмм в виде видео в реальном времени, мы можем наблюдать за движением сперматозоидов и определять, влияют ли на это движение аномалии в их форме и структуре».
По словам Ди Каприо, метод 3D-визуализации, известный как цифровая голографическая микроскопия (DHM), даёт данные о морфологии и подвижности сперматозоидов, согласующиеся с предыдущими исследованиями, но с беспрецедентным бонусом — возможностью увидеть причинно-следственные связи между ними.
«Например, мы обнаружили, что большинство наблюдаемых сперматозоидов, как и ожидалось, движутся в одной плоскости, — сказал Ди Каприо. — Однако с помощью более детального анализа DHM мы также смогли показать, что это «внутриплоскостное» движение — которое, как мы считаем, связано с более высоким потенциалом к оплодотворению — не происходит при наличии морфологических аномалий, таких как сперматозоиды с деформированной головкой или «изогнутым хвостом»».
Теперь, когда эффективность отслеживания сперматозоидов с помощью DHM доказана, Ди Каприо заявляет, что международная исследовательская группа в дальнейшем попытается использовать её возможности для определения сперматозоидов наилучшего качества для ЭКО.
«В одном из будущих экспериментов мы хотим изучить сперматозоиды с вакуолями — замкнутыми компартментами, заполненными водой, органическими и неорганическими молекулами, — которые находятся на поверхности клетки», — сказал он. Используя DHM для оценки подвижности поражённых сперматозоидов, команда сможет определить, приводит ли наличие вакуолей к снижению фертильности.
По словам Ди Каприо, долгосрочной целью таких и других экспериментов с новой системой отслеживания является использование собранной информации для разработки метода сортировки хороших сперматозоидов от менее жизнеспособных на уровне микрочипа.