Come i salmoni che risalgono la corrente per deporre le uova, gli spermatozoi sono estremamente efficienti nel nuotare contro corrente, secondo una ricerca che sarà pubblicata questa settimana.

La scoperta, che sarà pubblicata sulla rivista eLife dai ricercatori del MIT e dell’Università di Cambridge, può aiutarci a capire come alcuni spermatozoi percorrono distanze così lunghe, attraverso un terreno difficile, per raggiungere e fecondare un uovo.

Delle centinaia di milioni di spermatozoi che iniziano il viaggio lungo gli ovidotti, solo pochi coraggiosi viaggiatori raggiungeranno mai la loro destinazione. Non solo le cellule devono nuotare nella giusta direzione su distanze che sono circa 1.000 volte la loro lunghezza, ma sono esposte a diverse sostanze chimiche e correnti lungo la strada.

Sebbene sappiamo che gli spermatozoi possono “annusare” le sostanze chimiche emesse dall’uovo una volta che si avvicinano molto ad esso, questo non spiega come navigano per la maggior parte del loro viaggio, dice Jörn Dunkel, un assistente professore di matematica al MIT, e un membro del team di ricerca.

“Volevamo sapere quali meccanismi fisici potrebbero essere responsabili della navigazione”, dice Dunkel, che ha condotto la ricerca insieme a Vasily Kantsler dello Skolkovo Institute of Science and Technology e dell’Università di Warwick (e attualmente in visita al MIT); Raymond E. Goldstein di Cambridge; e Martyn Blayney della Bourn Hall Clinic nel Regno Unito.K. “Se si pensa ai salmoni, per esempio, possono nuotare controcorrente, e la domanda era se qualcosa di simile poteva davvero essere confermato per le cellule spermatiche umane.”

Microcanali al posto degli ovidotti

Tuttavia, osservare le cellule spermatiche nuotare all’interno del corpo umano stesso non è un compito facile. Quindi, nel tentativo di capire di cosa sono capaci le cellule, i ricercatori hanno costruito una serie di microcanali artificiali di diverse dimensioni e forme, in cui hanno inserito lo sperma. Sono stati poi in grado di modificare il flusso di fluido attraverso i tubi, per studiare come le cellule hanno risposto a diverse velocità di corrente.

Hanno scoperto che a certe velocità di flusso, gli spermatozoi erano in grado di nuotare molto efficientemente controcorrente. “Abbiamo scoperto che se si creano le giuste velocità di flusso, è possibile osservarli nuotare controcorrente per diversi minuti”, dice Dunkel. “Il meccanismo è molto robusto”.

Inoltre, i ricercatori sono stati anche sorpresi di osservare che gli spermatozoi non nuotavano in linea retta a monte, ma con un movimento a spirale, lungo le pareti del canale. Gli spermatozoi reagiscono alla differenza nella velocità della corrente vicino alle pareti della camera – dove il fluido è attratto dalla superficie, ed è quindi al suo più lento – e il centro del tubo che scorre liberamente, dice Dunkel.

Se i biologi sono in grado di osservare simili velocità di flusso del fluido all’interno dell’ovidotto, potrebbe aiutare a confermare se le cellule spermatiche stanno effettivamente utilizzando questo meccanismo per navigare attraverso il corpo, dice.

Possibili progressi nell’inseminazione artificiale

Non solo questo migliorerebbe la nostra comprensione della riproduzione umana, ma potrebbe anche permetterci un giorno di progettare nuovi strumenti diagnostici e tecniche di inseminazione artificiale più efficienti, sostengono i ricercatori. Gli specialisti della riproduzione potrebbero prendere campioni di sperma e ricreare artificialmente le condizioni all’interno del corpo per identificare le cellule che sono i migliori nuotatori, nel tentativo di preselezionare quelle con maggiori probabilità di successo, dice Dunkel.

I ricercatori possono anche sperimentare con diverse viscosità del fluido all’interno dei microcanali, per determinare quali risultano nel più forte effetto di nuoto a monte, dice. “Quindi l’idea sarebbe quella di mettere a punto le proprietà del mezzo fluido in cui sono contenute le cellule spermatiche, prima di inserirlo nel corpo, in modo da sapere che le cellule possono raggiungere il nuoto a monte ottimale.”

Jackson Kirkman-Brown, lettore onorario in scienze riproduttive presso l’Università di Birmingham e responsabile scientifico del Birmingham Women’s Fertility Centre, entrambi nel Regno Unito, dice che la ricerca ci dà una nuova importante visione di un meccanismo che gli spermatozoi possono utilizzare per navigare all’interno del corpo umano.

“Non sappiamo davvero nulla su come le cellule spermatiche navigano, quindi questo ci dà più informazioni su un potenziale meccanismo che può essere importante”, dice. “Ci dice che gli spermatozoi umani sembrano muoversi in modo diverso rispetto ad altre cose che si propellono con una coda”.

Tuttavia, sarà necessario molto più lavoro per determinare se le cellule spermatiche si comportano allo stesso modo nel terreno molto più complesso all’interno dell’ovidotto stesso. “Questo è un enorme passo avanti nella comprensione di ciò che potrebbe influenzare gli spermatozoi in quell’ambiente, ma è lontano dallo spiegare cosa li influenza”, dice Kirkman-Brown. “La gente cercherà certamente di trovare questo meccanismo, ma sarà una caccia complicata.”

Nel frattempo, i ricercatori hanno intenzione di iniziare a indagare se le cellule spermatiche possono lavorare insieme per raggiungere l’uovo. “È una credenza comune che ci sia competizione tra le cellule spermatiche, con il più adatto che raggiunge l’uovo per primo”, dice Dunkel. “Ma studi recenti del nostro team e di altri mostrano che gli spermatozoi si accumulano praticamente sempre sulla superficie di un tubo, e si può finire con un’alta concentrazione locale di cellule spermatiche, quindi ci potrebbe essere effettivamente una cooperazione tra queste cellule che permette loro di nuotare più velocemente collettivamente.”

La ricerca è stata sostenuta dal Consiglio europeo della ricerca.

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