Proyecto 01 · 2019–2021 · Completado

Estudiando cómo nada
realmente el espermatozoide.

MicroFSMA (Microfluidic based platform for SeMen Analysis) colocó espermatozoides en un chip construido para imitar el aparato reproductor femenino, de modo que el comportamiento natatorio pudiera observarse y medirse directamente, célula por célula, en lugar de inferirse.

Estado del arte

Motilidad, medida donde importa.

La motilidad del espermatozoide es la principal prueba que utilizan los clínicos para diagnosticar la infertilidad masculina, puntuada ya sea visualmente según el protocolo de la Organización Mundial de la Salud (WHO) o mediante sistemas comerciales de Análisis de Semen Asistido por Computadora (CASA)1. Ambos métodos observan al espermatozoide nadar en una placa lisa, un entorno nada parecido al aparato reproductor que la célula realmente recorre para llegar al óvulo, guiada por la quimiotaxis, la termotaxis y la reotaxis2.

La puntuación manual también es lenta3, y los resultados de CASA pueden variar cuando la misma muestra se vuelve a analizar4. Los chips microfluídicos ofrecieron una solución ya probada en partes: los microcanales pueden seguir la motilidad del espermatozoide con la misma fiabilidad que CASA5, y, por separado, otros grupos habían usado chips para estudiar cómo responde el espermatozoide a gradientes químicos6 y térmicos7. Nadie había puesto en marcha una plataforma estandarizada y fácil de usar para estudiar específicamente el nado impulsado por el flujo.

Entrada Salida Diferencia de altura hidrostática El espermatozoide nada contracorriente (reotaxis)
Dos depósitos a distintas alturas crean un flujo constante impulsado por presión hidrostática a través del chip. MicroFSMA filmó cómo los espermatozoides nadan contra ese flujo, contracorriente hacia la entrada.
Visión del proyecto

Un chip construido para observar cómo nada el espermatozoide.

MicroFSMA desplegó un chip microfluídico con un flujo impulsado por presión hidrostática, la señal de reotaxis del aparato reproductor, y luego filmó y siguió cómo se mueve realmente el espermatozoide contra ese flujo.

Flujo por presión hidrostática

Una diferencia de altura entre depósitos impulsa un flujo controlado a través del chip, la señal de reotaxis contra la que nada el espermatozoide en el aparato reproductor.

Seguimiento automatizado

Un programa informático sigue las cabezas y los flagelos del espermatozoide a lo largo de grabaciones en time-lapse, célula por célula.

Cinemática cuantitativa

Vincular las posiciones fotograma a fotograma convierte el comportamiento natatorio en cifras concretas de motilidad y cinemática.

Innovación

Por qué el chip cambia el resultado.

Dejado solo en una placa, un espermatozoide nada en línea recta con un latido flagelar simétrico. Colócalo en un canal contra un flujo impulsado por presión hidrostática, la señal de reotaxis que el espermatozoide encuentra en todo el aparato reproductor femenino, y una célula receptiva cambia a un latido asimétrico y traza una trayectoria helicoidal contracorriente. Ver ese cambio requiere estudiar la célula en un lugar donde exista el flujo, algo que una placa lisa nunca ofrece. MicroFSMA construyó exactamente eso:

  • Un chip microfluídico que genera un flujo controlado impulsado por presión hidrostática, no una placa estática genérica.
  • Un marco computacional que sigue múltiples cabezas y flagelos de espermatozoides a lo largo de grabaciones en time-lapse.
  • Nuevos parámetros basados en el comportamiento para la evaluación seminal, orientados a reducir el riesgo de fracaso que una mala selección de espermatozoides supone para la FIV.
iInformación del proyecto
Periodo
2019–2021
Programa
H2020, Marie Skłodowska-Curie Individual Fellowship
Convocatoria
H2020-MSCA-IF-2018
ID del proyecto
842299
Agencia
European Commission
Palabras clave
Reotaxis, flujo por presión hidrostática, microfluídica, análisis de semen
Reotaxis
Resultado

Una beca que se convirtió en una empresa.

El verdadero resultado de MicroFSMA fue más allá de sus publicaciones y su plataforma de medición: condujo directamente a la fundación de Beezbiotech SAS en Rennes en 2021, al cierre de la beca. Que una beca individual MSCA se transforme en una empresa es poco frecuente; la mayoría termina en una publicación, no en un negocio. Llegar hasta ahí requirió que el Dr. Shiva Kant Shukla llevara el trabajo en solitario, desde la investigación hasta el prototipo y la empresa, convirtiendo lo que parecía una tarea imposible en una realidad.

Divulgación

Acogido por Cherry Biotech.

Dada la relevancia ética del campo, los resultados de MicroFSMA se compartieron con la comunidad más amplia a través de artículos de divulgación seleccionados y un simposio dedicado en un festival científico, junto con los canales académicos habituales.

Financiado por la Unión Europea

Este proyecto ha recibido financiación del programa de investigación e innovación Horizon 2020 de la Unión Europea bajo el acuerdo de subvención n.º 842299.

Referencias

Fuentes citadas anteriormente.

  1. World Health Organization. WHO Laboratory Manual for the Examination and Processing of Human Semen, 5th ed. Geneva: WHO (2010).
  2. Suarez, S. S. & Pacey, A. A. Sperm transport in the female reproductive tract. Hum. Reprod. Update 12, 23–37 (2006).
  3. Talarczyk-Desole, J. et al. Manual vs. computer-assisted sperm analysis: can CASA replace manual assessment of human semen in clinical practice? Ginekol. Pol. 88, 56–60 (2017).
  4. Broekhuijse, M. L. W. J. et al. Additional value of computer assisted semen analysis (CASA) compared to conventional motility assessments in pig artificial insemination. Theriogenology 76, 1473–1486 (2011).
  5. Shiva, K. S. et al. Automated analysis of rat sperm motility in microchannels. Biomed. Phys. Eng. Express 4, 035013 (2018).
  6. Bhagwat, S. et al. Chemotactic behavior of spermatozoa captured using a microfluidic chip. Biomicrofluidics 12, 024112 (2018).
  7. Bahat, A. & Eisenbach, M. Sperm thermotaxis. Mol. Cell. Endocrinol. 252, 115–119 (2006).