La ricerca, il cui studio è stato pubblicato in Anticipi Scienza il 10 aprile è stato guidato dal Prof. Natan Shaked del Dipartimento di Ingegneria Biomedica della Facoltà di Ingegneria della TAU insieme al dottorando della TAU Gili Dardikman-Yoffe.

La nuova tecnologia potrebbe fornire ai medici la possibilità di selezionare lo sperma della massima qualità da iniettare in un uovo durante il trattamento di fecondazione in vitro, aumentando potenzialmente le possibilità di una donna di rimanere incinta e di dare alla luce un bambino sano.

"La procedura di fecondazione in vitro è stata inventata per aiutare i problemi di fertilità", spiega il Prof. Shaked. “Il tipo più comune di fecondazione in vitro oggi è l'iniezione intracitoplasmatica di spermatozoi (ICSI), che prevede la selezione dello sperma da parte di un embriologo clinico e l'iniezione nell'ovulo della donna. A tal fine, viene fatto uno sforzo per selezionare lo spermatozoo che ha maggiori probabilità di creare un embrione sano".

Con la fecondazione naturale nel corpo della donna, lo sperma più veloce a raggiungere un uovo dovrebbe contenere materiale genetico di alta qualità. Il movimento progressivo consente a questo sperma “migliore” di superare il vero percorso ad ostacoli del sistema riproduttivo femminile.

"Ma questa 'selezione naturale' non è disponibile per l'embriologo, che seleziona uno spermatozoo e lo inietta nell'uovo", afferma il prof. Shaked. “Gli spermatozoi non solo si muovono velocemente, ma sono anche per lo più trasparenti al microscopio ottico regolare e la colorazione cellulare non è consentita nella fecondazione in vitro umana. La tecnologia di imaging esistente in grado di esaminare la qualità del materiale genetico dello sperma può causare danni embrionali, quindi anche questo è vietato. In assenza di criteri più precisi, gli spermatozoi vengono selezionati principalmente in base alle caratteristiche esterne e alla loro motilità mentre nuotano nell'acqua in un piatto, che è molto diverso dall'ambiente naturale del corpo di una donna.

“Nel nostro studio, abbiamo cercato di sviluppare un tipo completamente nuovo di tecnologia di imaging che fornisse quante più informazioni possibili sui singoli spermatozoi, non richieda la colorazione cellulare per migliorare il contrasto e abbia il potenziale per consentire la selezione dello sperma ottimale in trattamenti di fertilizzazione”.

I ricercatori hanno scelto la tecnologia della tomografia computerizzata (TC) per il compito unico dell'imaging degli spermatozoi.

"In una TAC medica standard, il dispositivo ruota attorno al soggetto ed emette raggi X che producono proiezioni multiple, creando in definitiva un'immagine 3D del corpo", afferma il Prof. Shaked. “Nel caso dello sperma, invece di ruotare il dispositivo attorno a questo minuscolo soggetto, ci siamo affidati a una caratteristica naturale dello sperma stesso: la sua testa ruota costantemente durante il movimento in avanti. Abbiamo usato luce debole (e non raggi X), che non danneggia la cellula. Abbiamo registrato un ologramma dello spermatozoo durante il movimento ultraveloce e identificato vari componenti interni in base al loro indice di rifrazione. Questo crea una mappa 3D accurata e altamente dinamica dei suoi contenuti senza utilizzare la colorazione cellulare.

Utilizzando questa tecnica, i ricercatori hanno ottenuto un'immagine TC chiara e accurata dello sperma ad altissima risoluzione in quattro dimensioni: tre dimensioni nello spazio con una risoluzione inferiore a mezzo micron (un micron equivale a un milionesimo di metro) e l'esatta dimensione del tempo (movimento) del secondo submillisecondo.

"Il nostro nuovo sviluppo fornisce una soluzione completa a molti problemi noti dell'imaging dello sperma", afferma il Prof. Shaked. "Siamo stati in grado di creare immagini ad alta risoluzione della testa dello sperma mentre si muoveva velocemente, senza la necessità di macchie che potrebbero danneggiare l'embrione. La nuova tecnologia può migliorare notevolmente la selezione degli spermatozoi in vitro, aumentando potenzialmente le possibilità di gravidanza e la nascita di un bambino sano.

"Per aiutare a diagnosticare i problemi di fertilità maschile, intendiamo utilizzare la nostra nuova tecnica per far luce sulla relazione tra il movimento 3D, la struttura e il contenuto dello sperma e la sua capacità di fertilizzare un uovo e produrre una gravidanza praticabile", conclude il Prof. Shaked. "Riteniamo che tali capacità di imaging contribuiranno ad altre applicazioni mediche, come lo sviluppo di micro-robot biomimetici efficienti per trasportare farmaci all'interno del corpo".