MicroFSMA : une plateforme microfluidique pour étudier la nage des spermatozoïdes

État de l'art

La motilité, mesurée là où elle compte.

La motilité des spermatozoïdes est le principal test utilisé par les cliniciens pour diagnostiquer l'infertilité masculine, évaluée soit à l'œil selon le protocole de l'Organisation mondiale de la santé (l'OMS), soit par des systèmes commerciaux d'analyse assistée par ordinateur (CASA)¹. Ces deux méthodes observent les spermatozoïdes nager dans une simple boîte, un environnement qui ne ressemble en rien aux voies que les cellules parcourent réellement pour atteindre l'ovocyte, guidées par la chimiotaxie, la thermotaxie et la rhéotaxie².

L'évaluation manuelle est également lente³, et les résultats CASA peuvent varier lorsque le même échantillon est réanalysé⁴. Les puces microfluidiques offraient déjà une solution éprouvée par fragments : les microcanaux peuvent suivre la motilité des spermatozoïdes de manière aussi fiable que la CASA⁵, et par ailleurs, d'autres équipes avaient utilisé des puces pour étudier la réponse des spermatozoïdes à des gradients chimiques⁶ et thermiques⁷. Personne n'avait encore mis au point une plateforme standardisée et facile d'utilisation pour étudier la nage induite par un flux en tant que telle.

Deux réservoirs à des hauteurs différentes créent un flux constant généré par une pression hydrostatique à travers la puce. MicroFSMA a filmé la façon dont les spermatozoïdes nagent contre ce flux, à contre-courant vers l'entrée.

Regard sur le projet

Une puce conçue pour observer la nage des spermatozoïdes.

MicroFSMA a déployé une puce microfluidique portant un flux généré par une pression hydrostatique, le repère de rhéotaxie des voies reproductives, puis a filmé et suivi la façon dont les spermatozoïdes se déplacent réellement contre ce flux.

Flux par pression hydrostatique

Une différence de hauteur entre les réservoirs entraîne un flux contrôlé à travers la puce, le repère de rhéotaxie contre lequel nagent les spermatozoïdes dans les voies reproductives.

Suivi automatisé

Un programme informatique suit les têtes et les flagelles des spermatozoïdes à travers des images en accéléré, cellule par cellule.

Cinématique quantitative

Relier les positions image par image transforme le comportement de nage en chiffres précis sur la motilité et la cinématique.

Innovation

Pourquoi la puce change la lecture des résultats.

Laissé seul dans une boîte, un spermatozoïde nage en ligne droite avec un battement flagellaire symétrique. Placez-le dans un canal contre un flux généré par une pression hydrostatique, le repère de rhéotaxie que les spermatozoïdes rencontrent tout au long des voies reproductives féminines, et une cellule réactive adopte un battement asymétrique et trace un trajet hélicoïdal à contre-courant. Observer ce changement exige d'étudier la cellule là où le flux existe réellement, ce qu'une simple boîte ne fournit jamais. MicroFSMA a construit exactement cela :

Une puce microfluidique générant un flux contrôlé par pression hydrostatique, et non une simple boîte statique générique.
Un cadre informatique suivant plusieurs têtes et flagelles de spermatozoïdes à travers des images en accéléré enregistrées.
De nouveaux paramètres comportementaux pour l'évaluation du sperme, visant à réduire le risque d'échec qu'une mauvaise sélection des spermatozoïdes fait porter sur la FIV.

iInfos projet

Période: 2019–2021
Programme: H2020, bourse individuelle Marie Skłodowska-Curie
Thème: H2020-MSCA-IF-2018
ID de projet: 842299
Agence: Commission européenne
Mots-clés: Rhéotaxie, flux par pression hydrostatique, microfluidique, analyse du sperme

Rhéotaxie

Dr. Shiva Kant ShuklaBoursier et investigateur principal

Résultat

Une bourse devenue une entreprise.

Le véritable résultat de MicroFSMA a dépassé ses publications et sa plateforme de mesure : il a mené directement à la fondation de Beezbiotech SAS à Rennes en 2021, à la clôture de la bourse. Qu'une bourse individuelle MSCA se transforme en entreprise est rare ; la plupart s'achèvent par une publication, pas par une entreprise. Y parvenir a demandé à Dr. Shiva Kant Shukla de porter le travail seul, de la recherche au prototype puis à l'entreprise, transformant ce qui semblait une tâche impossible en une réalité.

Diffusion

Hébergé par Cherry Biotech.

Compte tenu de la portée éthique du domaine, les résultats de MicroFSMA ont été partagés avec un public plus large à travers des articles de magazines sélectionnés et un symposium dédié lors d'un festival scientifique, en plus des canaux académiques habituels.

Ce projet a reçu un financement du programme de recherche et d'innovation Horizon 2020 de l'Union européenne dans le cadre de la convention de subvention n° 842299.

Références

Sources citées ci-dessus.

World Health Organization. WHO Laboratory Manual for the Examination and Processing of Human Semen, 5th ed. Geneva: WHO (2010).
Suarez, S. S. & Pacey, A. A. Sperm transport in the female reproductive tract. Hum. Reprod. Update 12, 23–37 (2006).
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).
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).
Shiva, K. S. et al. Automated analysis of rat sperm motility in microchannels. Biomed. Phys. Eng. Express 4, 035013 (2018).
Bhagwat, S. et al. Chemotactic behavior of spermatozoa captured using a microfluidic chip. Biomicrofluidics 12, 024112 (2018).
Bahat, A. & Eisenbach, M. Sperm thermotaxis. Mol. Cell. Endocrinol. 252, 115–119 (2006).

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