まるで産卵のために上流に向かうサケのように、精子細胞は流れに対して極めて効率的に泳ぐ、という研究結果が今週出版されます。

この発見は、MITおよびケンブリッジ大学の研究者らによってジャーナルeLifeに掲載される予定ですが、一部の精子が、困難な地形を通過して卵子に到達し受精するために、いかに長い距離を移動するかを理解するのに役立つと思われます。 精子細胞は、自分の体長の約1,000倍の距離を正しい方向に泳がなければならないだけでなく、途中でさまざまな化学物質や潮流にさらされます。

卵子に非常に近づくと、精子細胞が卵子が放つ化学物質を「嗅ぐ」ことがわかっていますが、これは旅の大部分においてどのようにナビゲートするかを説明できないと、研究チームの一員でMITのJörn Dunkel助教授は語っています。

卵管に代わるマイクロチャネル

とはいえ、人体の中を泳ぐ精子細胞を観察することは簡単なことではありません。 そこで研究者らは、この細胞がどのような働きをするのかを理解するために、サイズと形が異なる一連の人工マイクロチャネルを作り、そこに精子を挿入しました。 そして、チューブ内の液体の流れを変化させ、異なる流速に対して細胞がどのように反応するかを調べました。

その結果、ある流速では、精子細胞が非常に効率よく上流に泳ぐことができることがわかりました。 「適切な流速を作れば、精子細胞が上流に泳ぐのを数分間観察できることがわかりました」と、Dunkel 氏は語ります。 「このメカニズムは非常に堅牢です」

さらに、研究者たちは、精子が上流に向かって直線的に泳ぐのではなく、水路の壁に沿って螺旋状に運動していることも観察して驚きました。 精子細胞は、液体が表面に引き寄せられているため最も遅い、室の壁付近の流速と、自由に流れる管の中央部との違いに反応するのだと、ダンケル氏は言います。

生物学者が卵管内で同様の液流速度を観察できれば、精子細胞が本当にこのメカニズムを使って体内を移動しているかどうかを確認できるだろうと、彼は言います。

人工授精の進歩の可能性

これにより、人間の生殖に関する理解が深まるだけでなく、いつか新しい診断ツールやより効率的な人工授精技術を設計できるようになるかもしれないと、研究者は主張します。 生殖の専門家は、精子サンプルを採取し、体内の条件を人工的に再現して、最も泳ぎがうまい細胞を特定し、最も成功しやすい細胞を事前に選択することができると、Dunkel 氏は言います。 「つまり、精子細胞を体内に挿入する前に、精子細胞が含まれている液体媒体の特性を微調整することで、細胞が最適な上流遊泳を達成できることを知ることができるのです」

バーミンガム大学生殖科学名誉教授で、バーミンガム女性不妊センターの科学リーダーでもあるジャックソン・カークマン-ブラウン(いずれも英国)は、次のように語っています。 この研究は、精子が人体内を移動するために使用している可能性のあるメカニズムについて、重要な新しい洞察を与えてくれると言います。 「しかし、精子細胞が卵管内のはるかに複雑な地形で同じように振る舞うかどうかを判断するには、さらに多くの研究が必要です。 「これは、そのような環境で精子に影響を与えうるものを理解するための大きな一歩ですが、何が精子に影響を与えるのかを説明するには程遠いものです」と、カークマン-ブラウンは言います。 「その一方で、研究者たちは、精子細胞が卵子に到達するために協力し合うことができるかどうかを調査し始めることを計画しています。 「精子細胞の間には競争があり、適者が先に卵子に到達するというのが一般的な考え方です」とダンケル教授は言います。 「しかし、私たちのチームや他の研究者による最近の研究では、精子は実質的に常にチューブの表面に蓄積し、精子細胞の高い局所的濃度に行き着くことが示されており、実際にこれらの細胞間に協力があり、集団で速く泳ぐことができるかもしれません」

本研究は、欧州研究評議会の支援を受けています。

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