प्रोजेक्ट 01 · 2019–2021 · पूर्ण

शुक्राणु वास्तव में कैसे
तैरते हैं, इसका अध्ययन।

MicroFSMA (Microfluidic based platform for SeMen Analysis) ने शुक्राणु को एक ऐसी चिप पर रखा जो महिला प्रजनन तंत्र की नक़ल करने के लिए बनाई गई थी, ताकि तैरने के व्यवहार को सीधे, कोशिका-दर-कोशिका देखा और मापा जा सके, अनुमान लगाने के बजाय।

विज्ञान की वर्तमान स्थिति

गतिशीलता, वहाँ मापी गई जहाँ इसका मायने है।

शुक्राणु गतिशीलता वह मुख्य परीक्षण है जिसका उपयोग चिकित्सक पुरुष बांझपन का निदान करने के लिए करते हैं, जिसे या तो विश्व स्वास्थ्य संगठन के प्रोटोकॉल के अनुसार आँखों से स्कोर किया जाता है या फिर व्यावसायिक Computer Assisted Semen Analysis (CASA) प्रणालियों से1। दोनों तरीक़े शुक्राणु को एक सादे डिश में तैरते हुए देखते हैं, ऐसा वातावरण जो उस तंत्र से बिल्कुल अलग है जिसे कोशिकाएँ वास्तव में अंडाणु तक पहुँचने के लिए पार करती हैं, जहाँ उन्हें कीमोटैक्सिस, थर्मोटैक्सिस और रियोटैक्सिस मार्गदर्शन देते हैं2।

मैनुअल स्कोरिंग भी धीमी है3, और जब एक ही नमूने की दोबारा जाँच की जाती है तो CASA के परिणाम बदल सकते हैं4। माइक्रोफ्लुइडिक चिप्स ने पहले से ही टुकड़ों में सिद्ध हो चुका एक समाधान पेश किया: माइक्रोचैनल शुक्राणु गतिशीलता को CASA जितनी ही विश्वसनीयता से ट्रैक कर सकते हैं5, और अलग से, अन्य समूहों ने यह अध्ययन करने के लिए चिप्स का उपयोग किया था कि शुक्राणु रासायनिक6 और तापीय7 ग्रेडिएंट पर कैसे प्रतिक्रिया देते हैं। किसी ने भी प्रवाह-चालित तैराकी का अध्ययन करने के लिए एक मानकीकृत, उपयोगकर्ता-अनुकूल प्लेटफ़ॉर्म को काम में नहीं लगाया था।

इनलेट आउटलेट हाइड्रोस्टैटिक ऊँचाई का अंतर शुक्राणु ऊपर की ओर तैरता है (रियोटैक्सिस)
अलग-अलग ऊँचाइयों पर स्थित दो रिज़र्वॉयर चिप के भीतर एक स्थिर हाइड्रोस्टैटिक-प्रेशर-चालित प्रवाह बनाते हैं। MicroFSMA ने फ़िल्माया कि शुक्राणु कोशिकाएँ उस प्रवाह के विरुद्ध, इनलेट की ओर, कैसे तैरती हैं।
प्रोजेक्ट इनसाइट

शुक्राणु को तैरते देखने के लिए बनाई गई एक चिप।

MicroFSMA ने एक माइक्रोफ्लुइडिक चिप तैनात की जिसमें हाइड्रोस्टैटिक-प्रेशर-चालित प्रवाह था, जो प्रजनन तंत्र का रियोटैक्सिस संकेत है, फिर यह फ़िल्माया और ट्रैक किया कि शुक्राणु वास्तव में उसके विरुद्ध कैसे चलते हैं।

हाइड्रोस्टैटिक-प्रेशर प्रवाह

रिज़र्वॉयर के बीच ऊँचाई का अंतर चिप के भीतर एक नियंत्रित प्रवाह चलाता है, वही रियोटैक्सिस संकेत जिसके विरुद्ध शुक्राणु प्रजनन तंत्र में तैरते हैं।

स्वचालित ट्रैकिंग

एक कंप्यूटर प्रोग्राम टाइम-लैप्स फ़ुटेज में समय के साथ शुक्राणु के सिर और फ्लैजेला को, कोशिका-दर-कोशिका, ट्रैक करता है।

मात्रात्मक कीनेमेटिक्स

फ्रेम-दर-फ्रेम स्थितियों को जोड़ने से तैरने के व्यवहार को गतिशीलता और कीनेमेटिक्स के ठोस आँकड़ों में बदल दिया जाता है।

नवाचार

यह चिप रीड-आउट को क्यों बदल देती है।

अकेले डिश में छोड़ दिए जाने पर, एक शुक्राणु कोशिका एक सममित फ्लैजेलर धड़कन के साथ सीधी रेखा में तैरती है। उसे एक ऐसे चैनल में डालें जहाँ हाइड्रोस्टैटिक-प्रेशर-चालित प्रवाह हो, वह रियोटैक्सिस संकेत जिससे शुक्राणु पूरे महिला प्रजनन तंत्र में मिलते हैं, तो एक प्रतिक्रियाशील कोशिका असममित धड़कन अपनाकर ऊपर की ओर एक हेलिकल पथ बनाती है। इस बदलाव को देखने के लिए कोशिका का अध्ययन कहीं ऐसी जगह करना ज़रूरी है जहाँ प्रवाह मौजूद हो, जो एक सादी डिश कभी उपलब्ध नहीं कराती। MicroFSMA ने ठीक यही बनाया:

  • एक माइक्रोफ्लुइडिक चिप जो एक नियंत्रित, हाइड्रोस्टैटिक-प्रेशर-चालित प्रवाह उत्पन्न करती है, न कि कोई सामान्य स्थिर डिश।
  • एक कम्प्यूटेशनल फ्रेमवर्क जो रिकॉर्ड किए गए टाइम-लैप्स फ़ुटेज में कई शुक्राणु सिरों और फ्लैजेला को ट्रैक करता है।
  • वीर्य आकलन के लिए नए, व्यवहार-आधारित पैरामीटर, जिनका लक्ष्य है IVF में ख़राब शुक्राणु चयन से आने वाले विफलता जोख़िम को कम करना।
iप्रोजेक्ट जानकारी
अवधि
2019–2021
कार्यक्रम
H2020, Marie Skłodowska-Curie इंडिविजुअल फेलोशिप
विषय
H2020-MSCA-IF-2018
Project ID
842299
एजेंसी
यूरोपीय आयोग (European Commission)
कीवर्ड्स
Rheotaxis, hydrostatic-pressure flow, microfluidics, semen analysis
रियोटैक्सिस
Dr. Shiva Kant ShuklaDr. Shiva Kant Shuklaफ़ेलो और प्रमुख अन्वेषक
परिणाम

एक फेलोशिप जो कंपनी बन गई।

MicroFSMA का वास्तविक परिणाम इसके शोध-पत्रों और मापन प्लेटफ़ॉर्म से कहीं आगे गया: इसने फेलोशिप के समापन पर, सीधे 2021 में Rennes में Beezbiotech SAS की स्थापना की ओर अग्रसर किया। किसी MSCA इंडिविजुअल फेलोशिप का किसी कंपनी में परिणत होना दुर्लभ है; अधिकांश एक प्रकाशन में समाप्त होती हैं, किसी व्यवसाय में नहीं। वहाँ तक पहुँचने के लिए Dr. Shiva Kant Shukla को अकेले इस काम को शोध से लेकर प्रोटोटाइप और फिर कंपनी तक ले जाना पड़ा, जो असंभव दिखने वाले कार्य को एक व्यावहारिक कार्य में बदल गया।

प्रसार

Cherry Biotech द्वारा होस्ट किया गया।

इस क्षेत्र के नैतिक महत्व को देखते हुए, MicroFSMA के परिणामों को सामान्य शैक्षणिक माध्यमों के साथ-साथ चुनिंदा पत्रिका लेखों और एक वैज्ञानिक उत्सव में आयोजित एक समर्पित संगोष्ठी के ज़रिए व्यापक समुदाय के साथ साझा किया गया।

Funded by the European Union

इस प्रोजेक्ट को यूरोपीय संघ के Horizon 2020 शोध और नवाचार कार्यक्रम से अनुदान समझौता क्रमांक 842299 के तहत वित्तपोषण प्राप्त हुआ है।

संदर्भ

ऊपर उद्धृत स्रोत।

  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).
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