项目 04 · 2024–2026 · 进行中

倾听卵子周围的
化学对话。

MicroBeaCh(Microfluidic Platform for Analyzing Sperm Flagellar Beating in a Chemical Gradient)研究支撑 EVA 的第四种天然线索:趋化性。

前沿现状

这不是一场竞速,而是一场对话。

长久以来,受精一直被想象成一场由最快的游泳者赢得的竞速。然而过去十年的研究讲述了一个更为主动的故事:卵子本身也参与其中,释放化学信号帮助引导精子游向自己1。精子在穿越女性生殖道的过程中,趋流性与趋温性已经在为其路径提供导向2;与此同时,它们会经历获能——一系列使其为受精做好准备的生化变化3。

获能会带来鞭毛摆动方式的转变:从对称的摆动转为一种被称为超激活的非对称摆动,使精子细胞得以奋力穿过包围卵子的卵丘-卵母细胞复合体4。卵子周围的液体富含多种信号分子(progesterone、EGF、BDNF、GDF9、fibronectin 等),被认为在塑造这最后的接近过程中发挥作用5。然而,鞭毛究竟是如何逐拍逐拍地适应这一化学环境的,目前仍知之甚少:现有方法通常只测试其中一小部分信号,且很少在接近真实生殖道条件的环境下进行。

在接近卵子时,已获能的精子会从幅度小而均匀的对称鞭毛摆动,切换为幅度大得多、偏向一侧的摆动,即超激活。MicroBeaCh 在受控的化学梯度下追踪这一转变。
项目洞见

MicroBeaCh 做什么。

一套仿生微流控平台,结合 AI 智能视觉,聚焦一个核心问题:鞭毛究竟如何响应它在卵子附近遇到的化学信号?

仿生化学梯度

微流控平台重现精子在女性生殖道内所遇到的生理化学环境。

AI 智能视觉

计算机视觉实时追踪鞭毛运动,将每一次摆动转化为精确、自动化的运动性数据。

全新的质量标志物

目标是找出真正反映受精能力的运动性参数,深化 EVA 筛选背后的智能水平。

创新之处

为何此前从未有人做到。

MicroBeaCh 是首个在动态化学环境(而非单一固定刺激)下,全面评估精子鞭毛摆动的研究。三点使这一切成为可能:

  • 一套定制化的微流控平台,能够生成复杂、受控的化学梯度,而不仅仅是单一浓度的阶跃变化。
  • 基于 AI 的计算机视觉直接集成于平台之中,实时分析鞭毛运动,而非依赖事后视频回看。
  • 全程贯穿仿生理念:每一项测试条件的选取,都力求贴近精子在体内实际遇到的环境,而非人为简化的实验室场景。
i项目信息
周期
2024–2026
计划
Horizon Europe, MSCA Postdoctoral Fellowship
主题
HORIZON-MSCA-2023-PF-01-01
项目编号
101154015
资助机构
REA
关键词
趋化性、卵丘、微流控、精子鞭毛摆动
趋化性
成果传播

由 Beezbiotech 主办。

Beezbiotech 是本奖学金项目的唯一主办机构。研究成果将通过科学出版物与学术会议报告进行分享,并配合面向公众的专题推广,让更广泛的社群参与到生育科学中来。

由欧盟资助

本项目已获得欧盟 Horizon Europe 研究与创新计划资助,资助协议编号为 No. 101154015。

参考文献

上文引用来源。

  1. Fitzpatrick, J. L. et al. Chemical signals from eggs facilitate cryptic female choice in humans. Proc. R. Soc. B Biol. Sci. 287, 20200805 (2020).
  2. Suarez, S. S. & Wu, M. Microfluidic devices for the study of sperm migration. Mol. Hum. Reprod. 23, 227–234 (2017).
  3. De Jonge, C. Biological basis for human capacitation — revisited. Hum. Reprod. Update (2017). doi:10.1093/humupd/dmw048.
  4. Takei, G. L. Molecular mechanisms of mammalian sperm capacitation, and its regulation by sodium-dependent secondary active transporters. Reprod. Med. Biol. 23, e12614 (2024).
  5. Olaniyan, O. T. et al. Ovarian odorant-like biomolecules in promoting chemotaxis behavior of spermatozoa olfactory receptors during migration, maturation, and fertilization. Middle East Fertil. Soc. J. 26, 3 (2021).