紐約州伊薩卡市——一項(xiàng)新研究揭示了精子如何改變游泳模式以導(dǎo)航到卵子，從將精子沿直線運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榇龠M(jìn)更多循環(huán)游動(dòng)的不對(duì)稱運(yùn)動(dòng)。
這種行為的變化稱為過(guò)度激活，使精子能夠在卵子附近掃過(guò)該區(qū)域，從而提高精子找到它的機(jī)會(huì)。
對(duì)于體外研究，研究人員設(shè)計(jì)了具有微米級(jí)通道的微流控芯片，以便他們可以用顯微鏡和高速相機(jī)觀察牛精子。
通過(guò)揭示所涉及的機(jī)制，該研究不僅解開(kāi)了精子如何導(dǎo)航到卵子的謎團(tuán)，而且還對(duì)人類體外受精和奶牛繁殖產(chǎn)生了影響，并為工程師設(shè)計(jì)微型機(jī)器人游泳者提供了新信息。
“通過(guò)了解是什么決定了精子到達(dá)卵子的導(dǎo)航機(jī)制以及生物物理和生化線索，我們可能能夠利用這些線索來(lái)治療有不育問(wèn)題的夫婦，并選擇體外受精的最佳策略，”Alireza說(shuō)。Abbaspourrad，論文的資深作者和食品化學(xué)和原料技術(shù)的Youngkeun荷蘭Joh助理教授，食品科學(xué)系農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)學(xué)院。
這項(xiàng)名為“哺乳動(dòng)物精子過(guò)度激活通過(guò)物理邊界調(diào)節(jié)導(dǎo)航并促進(jìn)偽趨化性”的研究于 10 月 29 日在線發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上。
該論文闡明了數(shù)百萬(wàn)精子如何穿過(guò)雌性哺乳動(dòng)物的生殖道，最終只有少數(shù)精子到達(dá)受精部位。精子靠近側(cè)壁并沿著一條直線游動(dòng)，抵抗從生殖道上部流向下部的少量液體。但是一旦精子到達(dá)子宮交界區(qū)，進(jìn)入輸卵管并移向卵子，鈣離子流入其鞭毛就會(huì)觸發(fā)過(guò)度激活和循環(huán)游動(dòng)。需要更多的研究來(lái)確切了解是什么觸發(fā)了鞭毛中的鈣內(nèi)流。
微流控芯片使研究人員能夠操縱環(huán)境。該團(tuán)隊(duì)記錄了沿著房間墻壁游動(dòng)的精子。然后他們測(cè)試了包括咖啡因在內(nèi)的化合物，這些化合物會(huì)增加細(xì)胞質(zhì)中的鈣離子。他們記錄了精子在鈣存在的情況下從對(duì)稱的直接游泳到過(guò)度活躍的循環(huán)游泳的行為轉(zhuǎn)換，這意味著精子不再緊貼墻壁。如果沒(méi)有這種轉(zhuǎn)變，精子可能會(huì)陷入死胡同，陷入困境。
“已經(jīng)證明，這種[游泳]狀態(tài)是受精所必需的，”Abbaspourrad 說(shuō)。他說(shuō)，雖然這些觀察是在體外實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行的，但它提供了體內(nèi)可能發(fā)生的事情的感覺(jué)。
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