Mezinárodní vědecký tým nově popsal, jak se pohybují spermie. Díky špičkovému vybavení experti ukázali, že tento pohyb je úplně jiný, než se doposud předpokládalo. Před více než třemi sty roky použil Antonie van Leeuwenhoek jeden z prvních vyrobených mikroskopů k tomu, aby pozoroval lidské spermie. Popsal tehdy, „že mají ocásek, který se při plavání pohybuje vlnovitými pohyby, jako úhoř ve vodě.“
Podle nového výzkumu vědců z Bristolu a Mexika je to ale jen optická iluze, ve skutečnosti je pohyb spermií mnohem zajímavější a složitější. Výzkum vedl Hermes Gadelha z Britstolské univerzity, prováděl ho pomocí špičkového 3D mikroskopu. Díky tomuto přístroji mohli vědci poprvé rekonstruovat pohyb spermií v trojrozměrné podobě.
Experti filmovali spermie kamerou schopnou zaznamenat až 55 tisíc snímků za sekundu a současně použili piezoelektrické zařízení, které pohybovalo vzorkem velmi rychle nahoru a dolů. Právě díky tomu byly záběry trojrozměrné. Výsledky studie, které vyšly v odborném časopise Science Advances, odhalily, že ocásek spermie je vlastně excentrický - kroutí se jen na jednu stranu. To je vlastně velmi zvláštní, protože pak by se měly pohybovat v kruhu. Jenže spermie si našly cestu, jak se s tím vypořádat a plavat rovně.
„Lidské spermie si našly cestu, jak se při plavání otáčet kolem své osy - podobně jako se vydry hravě honí ve vodě,“ uvedl profesor Gadelha, který tyto pohyby analyzoval pomocí matematických modelů. Podle něj rychlé a synchronizované otáčení vyvolává iluzi, že se ocásek pohybuje ze strany na stranu - pod klasikými 2D mikroskopy to tak totiž opravdu vypadá. „Opravdu to může vypadat jako úhoři ve vodě,“ říká Gadelha. Spermie si tak podle něj našly způsob, jak vytvořit symetrii z asymetrie.
„3D pohyb spermie je unikátní a odhalení by mohlo významně pomoci v boji proti snižující se mužské plodnosti,“ dodal. Vědci doufají, že nová metoda umožní lépe pochopit fungování spermií a pohon jejich ocásku k cíli. Současné přístroje často využívají dvojrozměrné technologie, a proto 3D mikroskopie slibuje významnou změnu v poznání i diagnostice.
Brněnští vědci zahájili unikátní výzkum mužské neplodnosti a s Národním centrem pro výzkum biomolekul začali spolupracovat teprve v červnu. Spermie začali zkoumat pomocí mikroskopu používaného v nanotechnologiích, který tkáň dokáže zobrazit až na úroveň molekul. Výzkum nemá obdobu v ČR ani střední Evropě. Lékaři věří, že by mohl pomoci upřesnit příčiny mužské neplodnosti a také vylepšit asistovanou reprodukci, při níž lékaři vyberou jednu ze spermií a oplodní jí vajíčko. Nově by mohli vybrat z buněk tu kvalitnější.
Podle přednosty gynekologicko-porodnické kliniky Fakultní nemocnice Brno Pavla Ventruby nyní lékaři běžně používají metody, které měří koncentraci spermií ve spermatu a jejich hybnost. Spermie však v mikroskopech vidí jako drobné objekty. Nová metoda jim umožní podívat se podrobně na povrch jednotlivé spermie a rozpoznat na něm například různá poškození. Sami vědci nyní ještě přesně nevědí, jaké možnosti jim nová metoda přinese. Výzkum je v počátku; s Národním centrem pro výzkum biomolekul, které potřebným mikroskopem disponuje, začali lékaři spolupracovat teprve v červnu. Odborníci zatím řeší úvodní problémy spojené s výzkumem, například nastavení přístroje a úpravu spermatu tak, aby byl dobře zkoumatelný a obraz spermií nerušily například krystaly a bílkoviny přítomné v okolním prostředí.
S mužskou neplodností se potýká až polovina párů, které přijdou do center asistované reprodukce, většinou to však nebývá jediná příčina, proč se ženě nedaří otěhotnět. Optická iluze. I tak by šlo shrnout po více než tři století známou poučku o způsobu pohybu spermií - tedy že se mrskáním bičíku šinou vpřed. Tvrdí to alespoň výzkumníci z University of Bristol a Universidad Nacional Autónoma de México. Ti způsob pohybu mužské pohlavní buňky podrobili 3D mikroskopii a ta odhalila pohyb vpřed pomocí rotace. Vědci využili vysokorychlostní kameru zaznamenávající 55 tisíc snímků za sekundu a mikroskop vybavený speciálním piezoelektrickým zařízením, které ve vysoké frekvenci pohybovalo vzorkem nahoru a dolů - díky tomu nedošlo ke gravitačnímu zkreslení pohybu spermie. Právě to totiž vedlo k dosavadnímu nepřesnému popisu pohybu jako „mrskání ocásku zprava doleva, které vyvolává hadovitý pohyb.“
Studie odhalila, že ve skutečnosti ocásky spermií kmitají jen na jednu stranu. Aby kvůli této nedokonalosti buňka neplavala v kruzích, rotuje podél své osy, a vývrtkovitě se tak sune vpřed. „Je to podobné, jako když si vydry hrají ve vodě. Ocasem kmitnou jen jedním směrem, ale aby pluly rovně, protočí se,“ vysvětlil matematik Hermes Gadelha z Bristolu. Dodal, že právě rychlost tohoto kmitání a točení způsobuje při zkoumání klasickými mikroskopy vznik optické iluze, poprvé popsané v 17. století průkopníkem v mikroskopii Nizozemcem Antoniem van Leewenhoekem. Odhalení publikované v Science Advances patrně rovnou zamíří do učebnic biologie, kde van Leeuwenhoekův popis dále upřesní.
Vědci doufají, že tento objev pomůže v bojích proti snižující se mužské plodnosti. Vědci zároveň poznamenávají, že 3D pohyb spermie může vést k lepším diagnostickým metodám a vylepšením technik IVF a dalších postupů. IMSI a PICSI nabízí pokročilejší výběr spermie pro oplodnění, což může zlepšit úspěšnost asistované reprodukce. IMSI umožňuje vybrat spermii s extrémně vysokým zvětšením, PICSI pak zohledňuje prirozenou vazbu na hyaluronan, což zvyšuje šanci na úspěšné oplodnění.
Vstup do nové éry zkoumání mužské plodnosti vyžaduje také doplnění dalšího kontextu - Mikroskopické pohledy na povrch spermií mohou velmi pomoci identifikovat poškození či abnormální morfologii, která může omezovat pohyb a oplodňovací potenciál spermií.
Fertilization Processes (3D Animation)
Vznikají nové poznatky také o složení ejakulátu a o tom, jak jednotlivé komponenty ovlivňují pohyblivost spermií. Ejakulát má obvykle mléčně bílou až nažloutlou barvu a obsahuje různé sekrety z prostaty, semenných váčků a dalších žláz. Počet spermií ve vzorku bývá kolem 50 milionů na mililitr, ale kvalita a mobilita spermií je klíčová pro úspěšné oplodnění. Kvalita spermatu se posuzuje podle počtu živých a nezdeformovaných spermií, a také podle schopnosti plavat a neuvolňovat se z aglutinací.
Podobné poznatky z octomilek ukazují, že i v jiných biologiích systémech mohou existovat podobné mechanismy organizace samotných buněk. Octomílky se pohybují koordinovaně a vytvářejí řádové vzory ve spermiovém váčku, což může ukazovat na obecné principy seřazení v živých systémech. Výzkum vedla Imran Alsousová z Flatiron Institute v New Yorku, která nejprve zdokumentovala pohyby spermií a poté vyvíjela modely pro vysvětlení tohoto chování. Zatím jsou vědci na počátku pochopení a očekávají, že výsledky mohou mít hlubší dopady pro pochopení biologických systémů obecně.
Podle odborníků je významný i širší kontext osvěty o tom, jak environmentální faktory mohou ovlivňovat mužskou plodnost. Důkazy spojují expozici některým látkám, které mohou mít estrogení účinky, s poklesem počtu spermií a zvýšeným výskytem vývojových vad. Mezi podezřelé patří DDT, polychlorované biphenyly, glyfosáty a další látky vznikající rozkladem neionizovatelných surfaktantů. Tyto faktory zůstávají významným bodem zájmu odborníků při snaze zlepšit výsledky asistované reprodukce a celkové zdraví population.