一項新研究揭示了精子如何改變游泳模式順利找到卵子，從一種使精子直線運動的對稱運動轉(zhuǎn)變?yōu)榄h(huán)形游泳的不對稱運動。

這種行為上的變化被稱為“過度活躍”，一旦精子靠近卵子，它就會掃過該區(qū)域，從而提高精子找到該區(qū)域的幾率。

在體外研究中，研究人員設(shè)計了帶有微米大小通道的微流控芯片，這樣他們就可以用顯微鏡和高速攝像機觀察牛的精子。

通過揭示其中的機制，這項研究不僅解開了精子如何導航到卵子的謎題，而且對人類體外受精和奶牛繁殖也有啟示，并為工程師設(shè)計微型游泳機器人提供了新思路。

“通過了解是什么決定了導航機制，以及精子到達卵子的生物物理和生化線索，我們可能會利用這些線索來治療不孕不育的夫婦，并選擇體外受精的最佳策略。”該論文的資深作者、農(nóng)業(yè)與生命科學學院食品科學系食品化學與成分技術(shù)Youngkeun Joh助理教授Alireza Abbaspourrad說。

這項名為“哺乳動物精子過度激活通過物理邊界調(diào)節(jié)導航并促進偽趨化”的研究發(fā)表在《美國國家科學院院刊》網(wǎng)絡(luò)版上。

這篇論文闡明了數(shù)百萬精子是如何通過雌性哺乳動物的生殖道，最終只有少數(shù)精子到達受精點的。精子緊貼著側(cè)壁，在生殖道上下流動的少量液體中沿直線游動。但一旦精子到達子宮交界區(qū)，進入輸卵管并向卵子移動，鈣離子就會涌入它們的鞭毛，引發(fā)過度活躍和循環(huán)游動。需要更多的研究來確切地了解是什么觸發(fā)了鞭毛中的鈣內(nèi)流。

微流控芯片使研究人員能夠控制環(huán)境。研究小組記錄了精子沿室壁游動的情況。然后他們測試了包括咖啡因在內(nèi)的化合物，這些化合物可以增加細胞細胞質(zhì)中的鈣離子。他們記錄了精子在鈣存在下的行為轉(zhuǎn)變，從對稱的直接游動到過度激活的環(huán)形游動，這意味著精子不再緊挨著細胞壁。如果沒有這種轉(zhuǎn)變，精子可能會陷入死胡同，卡住。

“事實證明，這種(游泳)狀態(tài)是受精所必需的。”Abbaspourrad說，盡管這些觀察是在體外實驗室進行的，但它提供了一種可能發(fā)生在體內(nèi)的感覺。

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論文原文：

https://www.pnas.org/content/118/44/e2107500118

標簽： 精子 卵子