La selezione degli spermatozoi in un ambiente biomimetico del tratto riproduttivo
Le tecniche di riproduzione assistita(si apre in una nuova finestra) comprendono procedure quali la fecondazione in vitro, l’iniezione intracitoplasmatica di sperma, la crioconservazione di gameti o embrioni e l’uso di farmaci per la fertilità. Nonostante anni di ricerche, la percentuale di successo clinico delle tecniche di riproduzione assistita è bassa e si attesta a circa il 35 %. Una fase cruciale nel processo che determina il successo di tali tecniche è la selezione efficace di spermatozoi di qualità elevata.
La selezione degli spermatozoi attraverso la microfluidica
I metodi convenzionali di selezione degli spermatozoi dipendono dalla concentrazione degli stessi e dalla carica e integrità della superficie delle membrane, nonché dalla morfologia e dalla motilità generali. Tuttavia, nessuna di queste tecniche conduce a un successo clinico costante. Prendendo ispirazione dai naturali meccanismi natatori degli spermatozoi, il progetto MicroFSMA si è concentrato sul miglioramento dell’analisi e dell’isolamento di cellule spermatiche di qualità attraverso lo sviluppo di un dispositivo basato sulla microfluidica(si apre in una nuova finestra). «Il nostro sistema è stato progettato per imitare la fisiologia e il microambiente del tratto riproduttivo femminile», spiega Shiva Shukla, coordinatore del progetto. Nel tratto riproduttivo dei mammiferi, le cellule spermatiche hanno un compito fondamentale, ovvero trovare l’uovo non fecondato; tuttavia, ciò richiede di nuotare in direzione contraria rispetto a un leggero flusso in un contorto percorso attraverso la vagina, il canale cervicale e l’utero, per raggiungere infine le tube di Falloppio. I corpi asimmetrici e i flagelli consentono loro di spingersi in avanti, mentre anche altri parametri quali la temperatura e le biomolecole presenti nel liquido follicolare svolgono un ruolo importante. In sintesi, la chemiotassi, la termotassi e la reotassi(si apre in una nuova finestra) sono i principali meccanismi di orientamento degli spermatozoi. Il progetto MicroFSMA integra inoltre un quadro computazionale che fornisce la cinematica automatizzata del nuoto delle cellule spermatiche, valutando in seguito la qualità degli spermatozoi in base a caratteristiche quali velocità, linearità e frequenza dei battiti. L’analisi della qualità spermatica che ne consegue è più olistica e include conteggio, motilità e forma. «Sebbene la valutazione clinica non sia stata ancora completata, siamo fiduciosi del fatto che il nostro saggio non solo selezioni spermatozoi mobili, ma aumenti inoltre la popolazione responsabile della fecondazione», evidenzia Shukla.
MicroFSMA e tecniche esistenti al confronto
Le tecniche esistenti di separazione degli spermatozoi implicano protocolli biologici e una centrifuga complessi che spesso conducono alla frammentazione del DNA, mentre il saggio di MicroFSMA mantiene l’integrità del DNA e può essere utilizzato dai medici in modo semplice. La tecnologia microfluidica su chip è adatta alla simulazione della geometria e della composizione dei fluidi del tratto riproduttivo femminile e offre inoltre un potenziale per l’automazione, nonché tempi di elaborazione ridotti per la diagnosi e il trattamento dell’infertilità maschile. Il miglioramento è reso possibile anche dall’uso di chemioattrattanti o di cellule feeder. Il progetto MicroFSMA affronta una sfida tecnologia chiave correlata agli elevati tassi di insuccesso delle tecniche di riproduzione assistita, che l’attuazione del suo saggio promette di migliorare assieme alla selezione degli spermatozoi, a enorme beneficio delle donne che cercano di avere una gravidanza. Per queste donne, infatti, le tecniche di riproduzione assistita rappresentano un investimento significativo in termini di tempo, denaro e sforzi, per non menzionare lo stress emotivo e psicologico correlato e il rischio biologico associato all’iniezione di ormoni. «La convalida clinica della tecnologia sviluppata è il nostro obiettivo principale da oggi in poi e sarà attuata da Béez Biotech», conclude Shukla. L’azienda Béez Biotech(si apre in una nuova finestra) brevetterà e commercializzerà inoltre la tecnologia.
