Сортировка спермы
Сортировка спермы это способ выбора типа сперматозоида для оплодотворения яйцеклетки – . Несколько традиционных методов центрифугирования или промывки . Новые применяемые методы, такие как проточная цитометрия, расширяют возможности сортировки спермы, и разрабатываются новые методы сортировки спермы.
Его можно использовать для отбора наиболее здоровых сперматозоидов, а также для определения более специфических признаков, таких как отбор пола , при котором сперматозоиды разделяются на популяции, несущие X- (женские) и Y- (мужские) хромосомы, на основе их разница в содержании ДНК. Полученные в результате сперматозоиды с сортировкой по полу затем можно использовать в сочетании с другими вспомогательными репродуктивными технологиями, такими как искусственное оплодотворение или экстракорпоральное оплодотворение (ЭКО), для получения потомства желаемого пола - как у сельскохозяйственных животных, так и в медицинской практике человека. .
Методы
[ редактировать ]Обычные методы
[ редактировать ]До появления проточной цитометрии для сортировки спермы использовалось несколько методов. Центрифугирование в градиенте плотности (с непрерывным или прерывистым градиентом) позволяет концентрировать образцы спермы с низкой концентрацией сперматозоидов, используя плотность сперматозоидов как меру их качества. [ 1 ] [ 2 ] Аналогичным образом, в так называемых методах плавания применяется этап центрифугирования, после чего сперматозоидам позволяют всплывать в среду, тем самым обогащая субпопуляцию подвижных сперматозоидов. Однако использование центрифугирования спермы вредно для жизнеспособности сперматозоидов и вызывает выработку активных форм кислорода. [ 1 ] Традиционные методы обычно используются во вспомогательных репродуктивных технологиях. [ 3 ]
Проточная цитометрия
[ редактировать ]Проточная цитометрия — еще один метод, используемый для сортировки спермы, и адаптация этого метода открывает новые возможности в сортировке спермы. Однако, поскольку для сортировки спермы на основе проточной цитометрии часто используются флуоресцентные красители, которые часто окрашивают ДНК, безопасность этого метода в репродуктивной медицине человека является предметом научных дискуссий. [ 4 ] [ 5 ]
Однако проточная цитометрия является единственным используемым в настоящее время методом, позволяющим определить пол будущего потомства путем измерения содержания ДНК в отдельных сперматозоидах. Он оценивает, содержат ли они более крупную Х-хромосому (дающую потомство женского пола) или меньшую Y-хромосому (ведущую к потомству мужского пола). Затем это позволяет разделить сперматозоиды X и Y. [ 6 ] Так называемая технология определения пола спермы Белтсфилда была разработана Министерством сельского хозяйства США совместно с Ливерморской национальной лабораторией Лоуренса и основана на разнице ДНК между X- и Y-хромосомами. [ 7 ] Перед сортировкой проточной цитометрией сперму метят флуоресцентным красителем Hoechst 33342 , который связывается с ДНК каждого сперматозоида. Поскольку Х-хромосома больше (т.е. содержит больше ДНК), чем Y-хромосома, «женские» сперматозоиды (несущие Х-хромосому) будут поглощать большее количество красителя, чем их мужские коллеги (несущие Y-хромосому). Как следствие, при воздействии УФ-излучения во время проточной цитометрии X-сперматозоиды флуоресцируют ярче, чем Y-сперматозоиды. Когда сперматозоиды проходят через проточный цитометр по одному, каждый сперматозоид заключен в одну каплю жидкости и получает электрический заряд, соответствующий его хромосомному статусу (например, X-положительный заряд, Y-отрицательный заряд). Затем поток X- и Y-капель разделяется посредством электростатического отклонения и собирается в отдельные трубки для сбора для последующей обработки. [ 8 ]
Другой цитометрический метод, используемый при сортировке спермы, — это сортировка клеток с магнитной активацией (MACS), которая обычно применяется в больницах вспомогательной репродукции для сортировки сперматозоидов с фрагментированной ДНК. Это достигается с помощью антител к поверхностным маркерам запрограммированной гибели клеток ( апоптоза ), таких как аннексин V , в сочетании с магнитными шариками. После связывания этих антител сперматозоиды, подвергающиеся апоптозу, сортируются путем приложения магнитного поля к суспензии сперматозоидов. [ 9 ] MACS устраняет необходимость во флуоресцентных молекулах, связывающих ДНК.
Другие методы
[ редактировать ]Повреждение ДНК в сперматозоидах можно обнаружить с помощью рамановской спектроскопии . [ 10 ] Однако он недостаточно специфичен, чтобы выявить индивидуальные черты. [ 10 ] Сперматозоиды с наименьшим повреждением ДНК могут впоследствии быть инъецированы в яйцеклетку путем интрацитоплазматической инъекции сперматозоида (ИКСИ). [ 10 ] Многие другие методы сортировки спермы были предложены или в настоящее время тестируются. [ 1 ] [ 3 ]
Чтобы отобрать сперматозоиды с низким индексом повреждения ДНК , популяцию сперматозоидов можно обогатить сперматозоидами с нефрагментированной ДНК с помощью таких методов, как электрофорез . [ 11 ] Z-метод [ 12 ] и MACS (магнитно-активирующая сортировка клеток), которая в сочетании с центрифугированием в градиенте плотности в протоколах подготовки отдельных сперматозоидов приводит к получению сперматозоидов превосходного качества. [ 13 ]
Сайты связывания гиалуроновой кислоты (ГК) на плазматической мембране сперматозоидов являются индикатором зрелости сперматозоидов (Huszar et al., 2003, Yudin et al., 1999). На этом факте основаны два метода: физиологическая интрацитоплазматическая инъекция сперматозоида (ПИКСИ) и процедура замедления спермы; оба метода требуют подготовки спермы путем промывания спермы или центрифугирования.
Приложения
[ редактировать ]Сперматозоиды подвергаются процессу естественного отбора , когда миллионы сперматозоидов попадают во влагалище, но лишь немногие достигают яйцеклетки, и тогда только одному обычно разрешается ее оплодотворить . Сперма отбирается не только по ее наивысшей подвижности , но и по другим факторам, таким как целостность ДНК , выработка активных форм кислорода и жизнеспособность . Этот выбор в значительной степени обходится в случае экстракорпорального оплодотворения , что приводит к более высокой частоте врожденных дефектов, связанных с вспомогательными репродуктивными технологиями . Яйцеклетки часто оплодотворяются сперматозоидами, у которых мало шансов оплодотворить их в естественных условиях. [ 1 ] Таким образом, сортировку спермы можно использовать для снижения рисков, связанных с вспомогательной репродукцией. Кроме того, продолжаются споры об использовании сортировки спермы для выбора пола ребенка.
Для общего здоровья
[ редактировать ]Обычные методы сортировки спермы широко используются для оценки качества спермы перед последующим искусственным оплодотворением или экстракорпоральным оплодотворением . Было подтверждено, что сперма, отсортированная с помощью этих методов, имеет более высокое качество, чем несортированная. [ 14 ] [ 15 ] Однако важные характеристики сперматозоидов, такие как целостность ДНК, остаются непроверенными этими традиционными методами. Новые методы, основанные на проточной цитометрии, такие как окрашивание YO-PRO, могут отличать апоптотические и мертвые сперматозоиды от жизнеспособных. [ 2 ] Например, окрашивание аннексином V с последующим MACS может значительно улучшить показатели наступления беременности у пар, ранее перенесших неудачу в вспомогательных репродуктивных технологиях. [ 9 ]
Для выбора пола
[ редактировать ]В сельском хозяйстве
[ редактировать ]Сортировка спермы методом проточной цитометрии является общепринятым методом в ветеринарной практике, а в молочной промышленности большинство коров-самок искусственно осеменяют отсортированной спермой для увеличения количества телят-самок ( у других видов сельскохозяйственных животных использование сортировки спермы менее распространено, однако искусственное осеменение является обычным явлением). [ 16 ] Искусственное оплодотворение сельскохозяйственных животных отсортированной спермой признано Продовольственной и сельскохозяйственной организацией ООН (ФАО) многообещающим способом повышения эффективности сельского хозяйства, необходимого для производства достаточного количества продуктов питания для растущего населения. Использование искусственного осеменения отсортированной спермой рассматривается как способ создания оптимального соотношения телят-самцов и самок для увеличения молочной продуктивности . [ 16 ]
У людей
[ редактировать ]Выбор пола детей может помочь предотвратить наследственные заболевания, связанные с полом, такие как мышечная дистрофия Дюшена или гемофилия, в семьях, в которых в анамнезе были эти заболевания. С другой стороны, сортировка спермы у людей поднимает этические проблемы, присущие идее выбора пола . Если применить его в больших масштабах, он может вызвать дисбаланс в соотношении полов . Это также может иметь последствия для гендерного равенства, если родители будут постоянно выбирать мальчика в качестве своего первенца (показано, что первенцы с большей вероятностью добьются успеха в жизни). [ 17 ]
В мире нет ни одной страны, которая бы прямо разрешала выбор пола в немедицинских целях. В 2009 году в 31 стране разрешался выбор пола в случае риска заболеваний, связанных с полом, или в других медицинских целях. [ 18 ] В США применение сортировки спермы при выборе пола для людей строго регулируется FDA . После создания методики MicroSort она была предложена родителям в рамках клинических испытаний . Процедура была доступна ограниченному числу участников каждый месяц в дополнение к соблюдению определенных критериев, таких как наличие заболевания, связанного с полом , или наличие хотя бы одного ребенка (для баланса семьи). [ 19 ] В настоящее время лаборатории MicroSort и сотрудничающие с ними врачи существуют в нескольких странах (некоторые предназначены для общих целей, некоторые предлагают услуги только в случае риска генетических заболеваний, связанных с одним полом). [ 20 ]
Несмотря на высокую точность, сортировка сперматозоидов с помощью проточной цитометрии не приведет к образованию двух совершенно отдельных популяций. Другими словами, среди «женских» сперматозоидов всегда будет какая-то «мужская» сперма, и наоборот. Точный процент чистоты каждой популяции зависит от сортируемого вида и «ворот», которые оператор размещает вокруг всей популяции, видимой машине. В общем, чем больше разница в ДНК между X- и Y-хромосомой вида, тем легче создать популяцию с высокой степенью чистоты. У овец и крупного рогатого скота чистота каждого пола обычно остается выше 90% в зависимости от «гейтирования», тогда как у людей она может быть снижена до 90% для «женских» сперматозоидов и 70% для «мужских» сперматозоидов. [ 19 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д Раппа, Кари Л.; Родригес, Гарольд Ф.; Хаккарайнен, Глория К.; Анчан, Раймонд М.; Муттер, Джордж Л.; Асгар, Васим (1 сентября 2016 г.). «Обработка спермы для передовых репродуктивных технологий: где мы находимся сегодня?». Достижения биотехнологии . 34 (5): 578–587. doi : 10.1016/j.biotechadv.2016.01.007 . ПМИД 26845061 . S2CID 41862891 .
- ^ Перейти обратно: а б Рибейро, София К.; Сарториус, Гидеон; Плетчер, Флурина; Гейтер, Мария де; Чжан, Хун; Гейтер, Кристиан де (сентябрь 2013 г.). «Выделение сперматозоидов с низким уровнем фрагментированной ДНК с использованием проточной цитометрии и сортировки» . Фертильность и бесплодие . 100 (3): 686–694.е4. doi : 10.1016/j.fertnstert.2013.05.030 . ПМИД 23809499 .
- ^ Перейти обратно: а б Пааш, Уве; Грюневальд, Соня; Гландер, Ханс-Юрген (1 января 2007 г.). «Отбор спермы в вспомогательных репродуктивных технологиях». Общество репродукции и улучшения рождаемости . 65 : 515–525. ISSN 1747-3403 . ПМИД 17644989 .
- ^ Кароппо, Этторе (сентябрь 2013 г.). «Сортировка спермы для отбора здоровой спермы: безопасно и полезно?» . Фертильность и бесплодие . 100 (3): 695–696. doi : 10.1016/j.fertnstert.2013.06.006 . ПМИД 23809504 .
- ^ Рибейро, София; Сарториус, Гидеон; Гейтер, Кристиан де (сентябрь 2013 г.). «Сортировка сперматозоидов методом проточной цитометрии» . Фертильность и бесплодие . 100 (3): е15. doi : 10.1016/j.fertnstert.2013.06.039 . ПМИД 23876533 .
- ^ Джонсон, Луизиана; Уэлч, Греция; Ренс, В. (1 января 1999 г.). «Технология определения пола спермы в Белтсвилле: высокоскоростная сортировка спермы обеспечивает улучшенный выход спермы для экстракорпорального оплодотворения и искусственного интеллекта». Журнал зоотехники . 77 Приложение 2: 213–220. дои : 10.2527/1999.77suppl_2213x . ISSN 0021-8812 . ПМИД 15526798 .
- ^ Гарнер Д.Л., Зайдель Г.Е. История коммерциализации сексированной спермы крупного рогатого скота. Териогенология 2008;69: 886-895.
- ^ Зайдель Г.Е.-младший, Гарнер Д.Л. Текущий статус определения пола сперматозоидов млекопитающих. Репродукция 2002; 124: 733-743.
- ^ Перейти обратно: а б Гил, Моника; Сар-Шалом, Валери; Сивира, Йолисид Мелендес; Каррерас, Рамон; Чека, Мигель Анхель (7 марта 2013 г.). «Отбор спермы с использованием магнитно-активированной сортировки клеток (MACS) при вспомогательной репродукции: систематический обзор и метаанализ» . Журнал вспомогательной репродукции и генетики . 30 (4): 479–485. дои : 10.1007/s10815-013-9962-8 . ISSN 1058-0468 . ПМЦ 3644127 . ПМИД 23468098 .
- ^ Перейти обратно: а б с Ранжирование сперматозоидов может улучшить шансы на экстракорпоральное оплодотворение. Кортни Хамфрис. Обзор технологий. Среда, 21 января 2009 г.
- ^ Флеминг, SD; Илад, РС; Гриффин, AMG; Ву, Ю.; Онг, К.Дж.; Смит, ХК; Эйткен, Р.Дж. (1 сентября 2008 г.). «Проспективное контролируемое исследование электрофоретического метода подготовки спермы для вспомогательной репродукции: сравнение с центрифугированием в градиенте плотности» . Репродукция человека . 23 (12): 2646–2651. дои : 10.1093/humrep/den330 . ISSN 0268-1161 . ПМИД 18765400 .
- ^ Хейроллахи-Кухестани, М.; Разави, С.; Тавалаи, М.; Диме, MR; Мардани, М.; Моштагян Дж.; Наср-Исфахани, Миннесота (01 октября 2009 г.). «Отбор сперматозоидов на основе комбинированного градиента плотности и метода Зета может улучшить результат ИКСИ» . Репродукция человека . 24 (10): 2409–2416. дои : 10.1093/humrep/dep088 . ISSN 0268-1161 . ПМИД 19553239 .
- ^ Сказал, Тамер; Агарвал, Ашок; Грюневальд, Соня; Раш, Маня; Бауманн, Томас; Кригель, Кристиан; Ли, Лян; Гландер, Ганс-Юрген; Томас, Энтони Дж.; Пааш, Уве (01 марта 2006 г.). «Выбор неапоптотических сперматозоидов в качестве нового инструмента для улучшения результатов вспомогательной репродукции: модель in vitro1» . Биология размножения . 74 (3): 530–537. дои : 10.1095/biolreprod.105.046607 . ISSN 0006-3363 . ПМИД 16306419 .
- ^ Эйткен, Р. Джон; Кларксон, Джейн С. (12 ноября 1988 г.). «Значение активных форм кислорода и антиоксидантов в определении эффективности методов подготовки спермы» . Журнал андрологии . 9 (6): 367–376. дои : 10.1002/j.1939-4640.1988.tb01067.x . ISSN 1939-4640 . ПМИД 3215823 .
- ^ Де Гейтер, К.; Бальс-Прач, М.; Дорен, М.; Юнг, Швейцария; Грюнерт, Дж. Х.; Бордт, Дж.; Шнайдер, HP; Нишлаг, Э. (1 ноября 1988 г.). «Проникновение цервикальной слизи человека и крупного рогатого скота как тест функции сперматозоидов при экстракорпоральном оплодотворении». Репродукция человека (Оксфорд, Англия) . 3 (8): 948–954. doi : 10.1093/oxfordjournals.humrep.a136824 . ISSN 0268-1161 . ПМИД 3204150 .
- ^ Перейти обратно: а б Рат, Д.; Барчиковски, С.; де Грааф, С.; Гаррелс, В.; Гроссфельд, Р.; Кляйн, С.; Кнабе, В.; Норр, К.; Куес, В. (1 января 2013 г.). «Половая селекция спермы у сельскохозяйственных животных: отчет о состоянии и перспективы развития» . Размножение . 145 (1): 15–30 р. дои : 10.1530/REP-12-0151 . ISSN 1741-7899 . ПМИД 23148085 .
- ^ Калфоглу, Алабама; Каммерселл, М.; Филпотт, С.; Даль, Э. (март 2013 г.). «Этические аргументы за и против сортировки спермы для немедицинского выбора пола: обзор» . Репродуктивная биомедицина онлайн . 26 (3): 231–239. дои : 10.1016/j.rbmo.2012.11.007 . ПМИД 23337421 .
- ^ Дарновский, Марси (2009). «Страны, в которых действуют законы или политика выбора пола» (PDF) . Geneticsandsociety.org . Проверено 6 октября 2016 г.
- ^ Перейти обратно: а б Институт генетики и ЭКО: клиническое исследование MicroSort
- ^ ТемаФьюз. «О нас | MicroSort International» . www.microsort.com . Проверено 6 октября 2016 г.