Matematikere afslører hemmeligheden bag menneskelige sædcellers svømmedygtighed

Forskere har opdaget, hvad der giver menneskelig sæd styrke til at lykkes i kapløbet om at befrugte ægget.

Forskerne, fra universiteterne i York og Oxford, opdaget, at et forstærkende ydre lag, som dækker haler af menneskelig sæd, er det, der giver dem styrken til at lave de kraftige rytmiske strøg, der er nødvendige for at bryde gennem den cervikale slimbarriere.

Kun omkring 15 ud af de 55 millioner sædceller, der begiver sig ud på den forræderiske rejse for at befrugte ægget, er i stand til at komme igennem forplantningskanalen, hvor livmoderhalsslim, som er hundrede gange tykkere end vand, er en del af en af ​​naturens hårdeste selektive udfordringer.

Resultaterne kunne føre til bedre sædudvælgelsesmetoder i IVF-klinikker, hvor den stærkeste sæd bliver identificeret under forhold, der i højere grad efterligner naturen.

3,5 millioner mennesker i Storbritannien er berørt af fertilitetsproblemer, og par, der vælger IVF, bruger i gennemsnit £20, 000.

Dr. Hermes Gadêlha, fra Institut for Matematik ved University of York, sagde:"Vi forstår stadig ikke helt hvordan, men en sædcelles evne til at svømme kan være forbundet med genetisk integritet. Livmoderhalsslim er en del af processen i den kvindelige krop, der sikrer, at kun de bedste svømmere kommer til ægget.

"Under sædselektionsprocessen, IVF-klinikker bruger i øjeblikket ikke en meget viskøs væske til at teste for den bedste sæd, da det indtil nu ikke var helt klart, om dette er vigtigt. Vores undersøgelse tyder på, at flere kliniske tests og forskning er nødvendige for at udforske virkningen af ​​dette element af det naturlige miljø, når man vælger sæd til IVF-behandlinger."

Spermhaler - eller flageller - er utrolig komplekse og måler kun bredden af ​​et hår i længden.

Forskerne brugte en virtuel sædmodel til at sammenligne haler af sæd fra mennesker og andre pattedyr, som befrugter inde i kroppen; med sæd fra søpindsvin, som befrugter uden for kroppen ved at frigive deres sperm i havvand.

Mens haler af søpindsvin og menneskelig sæd har den samme bøjede indre kerne, undersøgelsen tyder på, at sædhalerne hos pattedyr kan have udviklet et forstærkende ydre lag for at give dem den nøjagtige mængde ekstra styrke og stabilitet, der kræves for at overvinde den tykke væskebarriere, de støder på ved intern befrugtning.

Forskerne brugte virtuelle modeller til at tilføje og fjerne træk ved flageller i de forskellige arter, så de kunne identificere deres funktion.

De testede virtuelle søpindsvin-lignende sædcellers evne til at svømme gennem væske så tyktflydende som livmoderhalsslim og fandt ud af, at deres haler hurtigt bøjede sig under trykket, gør dem ude af stand til at drive sig selv fremad.

Menneskelig sæd på den anden side, tæsket vildt rundt i en lavviskositet væske som vand, men i tykkere væsker begyndte de at svømme i en kraftig rytmisk bølge.

Dr. Gadêlha tilføjede:"Ved at bruge virtuelle sædceller var vi i stand til at se, hvordan pattedyrssperm er specielt tilpasset til at svømme gennem tykkere væsker. Vi ved ikke, hvilken tilpasning der kom først - den stærkere sæd eller livmoderhalsslimen, eller om de udviklede sig sammen - men intet i naturen er tilfældigt, og netop det, der kræves for at arter kan formere sig, er blevet tilføjet på grund af evolutionært pres over millioner af år."

Uden noget centralnervesystem til at træffe beslutninger om, hvordan man bevæger sig og hvornår - hvad der styrer sædcellers bevægelse forbliver et videnskabeligt mysterium.

"Vi ved det, ligesom i vores arme og ben, sædceller har bittesmå muskler, som tillader deres haler at bøje - men ingen ved, hvordan dette er orkestreret inde i halen, på nanometrisk skala, " sagde Dr. Gadêlha.

"Sæd er en arkitype af selvorganisering - bevægelse ser ud til at ske automatisk, måske på grund af en kompleks kombination af mange mekanismer i spil."