Comme les saumons qui remontent le courant pour frayer, les spermatozoïdes sont extrêmement efficaces pour nager à contre-courant, selon une recherche qui sera publiée cette semaine.

La découverte, qui sera publiée dans la revue eLife par des chercheurs du MIT et de l’Université de Cambridge, pourrait nous aider à comprendre comment certains spermatozoïdes parcourent de si longues distances, à travers un terrain difficile, pour atteindre et féconder un ovule.

Sur les centaines de millions de spermatozoïdes qui entament le voyage en remontant les oviductes, seuls quelques hardis voyageurs atteindront jamais leur destination. Non seulement les cellules doivent nager dans la bonne direction sur des distances qui représentent environ 1 000 fois leur propre longueur, mais elles sont exposées à différents produits chimiques et courants en cours de route.

Bien que nous sachions que les spermatozoïdes peuvent « sentir » les produits chimiques dégagés par l’ovule une fois qu’ils en sont très proches, cela n’explique pas comment ils naviguent pendant la majorité de leur voyage, explique Jörn Dunkel, professeur adjoint de mathématiques au MIT, et membre de l’équipe de recherche.

« Nous voulions savoir quels mécanismes physiques pouvaient être responsables de la navigation », explique Dunkel, qui a mené les recherches aux côtés de Vasily Kantsler, de l’Institut des sciences et technologies de Skolkovo et de l’Université de Warwick (et actuellement en visite au MIT), de Raymond E. Goldstein, de Cambridge, et de Martyn Blayney, de la clinique de Bourn Hall, au Royaume-Uni.K. « Si vous pensez aux saumons, par exemple, ils peuvent nager à contre-courant, et la question était de savoir si quelque chose de similaire pouvait vraiment être confirmé pour les spermatozoïdes humains. »

Des microcanaux à la place des oviductes

Cependant, observer les spermatozoïdes nager dans le corps humain lui-même n’est pas une tâche facile. Afin de comprendre ce dont les cellules sont capables, les chercheurs ont construit une série de microcanaux artificiels de différentes tailles et formes dans lesquels ils ont inséré les spermatozoïdes. Ils ont ensuite pu modifier le débit du fluide dans les tubes, pour étudier comment les cellules réagissaient à différentes vitesses de courant.

Ils ont découvert qu’à certaines vitesses de débit, les spermatozoïdes étaient capables de nager très efficacement en amont. « Nous avons constaté que si vous créez les bonnes vitesses d’écoulement, vous pouvez les observer nager en amont pendant plusieurs minutes », explique Dunkel. « Le mécanisme est très robuste. »

De plus, les chercheurs ont également été surpris d’observer que les spermatozoïdes ne nageaient pas en ligne droite vers l’amont, mais en spirale, le long des parois du canal. Les spermatozoïdes réagissent à la différence entre la vitesse du courant près des parois de la chambre – où le fluide est attiré par la surface, et est donc le plus lent – et le centre du tube qui s’écoule librement, explique Dunkel.

Si les biologistes sont en mesure d’observer des vitesses d’écoulement du fluide similaires à l’intérieur de l’oviducte, cela pourrait aider à confirmer si les spermatozoïdes utilisent effectivement ce mécanisme pour naviguer dans le corps, dit-il.

Des avancées possibles dans l’insémination artificielle

Non seulement cela améliorerait notre compréhension de la reproduction humaine, mais cela pourrait aussi nous permettre un jour de concevoir de nouveaux outils de diagnostic et des techniques d’insémination artificielle plus efficaces, affirment les chercheurs. Les spécialistes de la reproduction pourraient prélever des échantillons de sperme et recréer artificiellement les conditions à l’intérieur du corps pour identifier les cellules qui sont les meilleures nageuses, dans le but de présélectionner celles qui ont le plus de chances de réussir, explique Dunkel.

Les chercheurs peuvent également expérimenter différentes viscosités de fluide à l’intérieur des microcanaux, afin de déterminer celles qui entraînent le plus fort effet de nage en amont, dit-il. « L’idée serait donc d’affiner les propriétés du milieu fluide dans lequel les spermatozoïdes sont contenus, avant de l’insérer dans le corps, afin de savoir que les cellules peuvent obtenir une nage en amont optimale. »

Jackson Kirkman-Brown, lecteur honoraire en sciences de la reproduction à l’Université de Birmingham et responsable scientifique du Birmingham Women’s Fertility Centre, tous deux au Royaume-Uni, dit que la recherche nous donne un nouvel aperçu important d’un mécanisme que les spermatozoïdes pourraient utiliser pour naviguer à l’intérieur du corps humain.

« Nous ne savons vraiment rien de la façon dont les spermatozoïdes naviguent, donc cela nous donne plus d’informations sur un mécanisme potentiel qui pourrait être important », dit-il. « Cela nous dit que les spermatozoïdes humains semblent se déplacer différemment des autres choses qui se propulsent avec une queue. »

Cependant, beaucoup plus de travail sera nécessaire pour déterminer si les spermatozoïdes se comportent de la même manière sur le terrain beaucoup plus complexe à l’intérieur de l’oviducte lui-même. « C’est un pas énorme dans la compréhension de ce qui pourrait influencer les spermatozoïdes dans cet environnement, mais c’est loin d’expliquer ce qui les influence », dit Kirkman-Brown. « Les gens vont certainement essayer de trouver ce mécanisme qui se produit , mais ce sera une chasse compliquée. »

En attendant, les chercheurs prévoient de commencer à étudier si les spermatozoïdes peuvent travailler ensemble pour atteindre l’ovule. « Une idée reçue veut qu’il y ait une compétition entre les spermatozoïdes, les plus aptes atteignant l’ovule en premier », dit Dunkel. « Mais des études récentes menées par notre équipe et d’autres montrent que les spermatozoïdes s’accumulent pratiquement toujours à la surface d’un tube, et on peut se retrouver avec une forte concentration locale de spermatozoïdes, donc il pourrait en fait y avoir une coopération entre ces cellules qui leur permet de nager plus vite collectivement. »

La recherche a été soutenue par le Conseil européen de la recherche.

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