Reviewed by James Ives, M.Psych. (Editor)May 8 2020
Các nhà nghiên cứu thuộc trường Đại học Tel Aviv (TAU) đã phát triển phương pháp hình ảnh 3D chính xác, an toàn để xác định các tế bào di chuyển ở tốc độ cao.
Việc nghiên cứu, được công bố trên Science Advances vào ngày 10 tháng 4, được dẫn dắt bởi Giáo sư Natan Shakes thuộc Khoa Kỹ thuật Y sinh tại Khoa Kỹ thuật của TAU cùng với Gili Dardikman-Yoffe, sinh viên đang học tiến sĩ tại TAU.
Kỹ thuật mới này có thể giúp các bác sĩ có thể chọn được tinh trùng có chất lượng cao nhất để tiêm vào tế bào trứng trong quá trình điều trị vô sinh, tăng cường cơ hội thụ thai của người vợ và cho phép sinh ra một em bé khỏe mạnh.
“Các thủ thuật Thụ tinh trong ống nghiệm (IVF) được phát minh ra để giúp đỡ các vấn đề sinh sản. Phương pháp điều trị IVF phổ biến nhất hiện nay là kỹ thuật tiêm tinh trùng vào tế bào trứng (ICSI), bao gồm việc lựa chọn tinh trùng bởi một nhà phôi học lâm sàng và tiêm vào trứng của người phụ nữ. Cuối cùng, một nỗ lực được thực hiện để tuyển chọn tế bào tinh trùng có khả năng tạo ra một phôi thai khỏe mạnh.”
Natan Shaked, Giáo sư, Khoa Kỹ thuật Y sinh, Khoa Kỹ Thuật, Đại học Tel Aviv
Dưới sinh sản tự nhiên bên trong cơ thể người phụ nữ, tinh trùng di chuyển nhanh nhất để đến được trứng được cho là mang vật liệu di truyền chất lượng cao. Chuyển động tiến bộ cho phép tinh trùng “tốt nhất” này vượt qua các trở ngại thực sự của hệ thống sinh sản của người phụ nữ.
“Nhưng ‘chọn lọc tự nhiên’ này không có sẵn cho nhà phôi học, người chọn lọc 1 tinh trùng và tiêm nó vào trứng,” Giáo sư Shaked nói. “Các tế bào tinh trùng không chỉ di chuyển nhanh, chúng cũng hầu như trong suốt dưới ánh sáng bình thường của kính hiển vi, và việc nhuộm tế bào không được cho phép trong thụ tinh ống nghiệm ở người.
“Kỹ thuật hình ảnh hiện tại có thể kiểm tra chất lượng vật liệu di truyền của tinh trùng nhưng có thể gây ra tổn hại cho phôi thai, vậy nên cũng bị cấm. Trong khi không có các tiêu chí chính xác hơn, các tế bào tinh trùng được chọn lựa chủ yếu dựa trên các đặt điểm bên ngoài và khả năng vận động của chúng khi bơi lội trong môi trường nước trong đĩa nuôi cấy, rất khác với môi trường tự nhiên của cơ thể người phụ nữ.
“Trong nghiên cứu của chúng tôi, chúng tôi đã tìm cách phát triển một loại kỹ thuật hình ảnh hoàn toàn mới có thể cung cấp càng nhiều thông tin càng tốt về từng tế bào tinh trùng, không yêu cầu nhuộm tế bào để tăng độ tương phản, và có khả năng cho phép chọn lựa tinh trùng tối ưu trong điều trị thụ tinh.”
Các nhà nghiên cứu đã chọn công nghệ chụp cắt lớp ánh sáng cho nhiệm vụ duy nhất là chụp ảnh tế bào tinh trùng.
“Trong một máy chụp cắt lớp y tế tiêu chuẩn, thiết bị quay xung quanh mục tiêu và phát ra tia X tạo ra nhiều hình chiếu, cuối cùng tạo ra một hình ảnh 3D của cơ thể”, theo Giáo sư Shaked.”Trong trường hợp của tinh trùng, thay vì xoay thiết bị quanh vật thể nhỏ bé này, chúng tôi dựa vào đặc tính tự nhiên của bản thân tinh trùng: đầu của nó luôn luôn xoay quanh trong khi di chuyển về phía trước”.
“Chúng tôi sử dụng ánh sáng yếu (không phải tia X) để không gây tổn thương cho tế bào. Chúng tôi đã ghi lại hình ảnh 3 chiều của tế bào tinh trùng trong khi di chuyển cực nhanh và xác định các phần bên trong khác nhau dựa trên chỉ số khúc xạ của chúng. Việc này tạo ra một bản đồ 3D chính xác, rất linh động của các thành phần của nó mà không sử dụng nhuộm tế bào.
Sử dụng kỹ thuật này, các nhà nghiên cứu đã đạt được một hình ảnh chụp cắt lớp rõ ràng, chính xác của tinh trùng ở độ phân giải rất cao theo 4 chiều: 3 chiều trong không gian ở độ phân giải dưới một nửa micron (1 micron tương đương 1/1.000.000 mét) và chiều thời gian chính xác (chuyển động) ở giây phụ thứ hai.
“Phát triển mới của chúng tôi cung cấp một giải pháp toàn diện cho nhiều vấn đề đã biết của hình ảnh tinh trùng,” giáo sư Shaked nói tiếp. “Chúng ta có thể tạo ra hình ảnh đầu tinh trùng có độ phân giải cao trong khi nó di chuyển nhanh, mà không cần sử dụng phương pháp nhuộm có thể gây hại cho phôi thai. Kỹ thuật mới này có thể là cải tiến lớn cho việc lựa chọn tinh trùng trong ống nghiệm, cho phép tăng cơ hội thụ thai và cho em bé khỏe mạnh.
“Để giúp chẩn đoán vấn đề sinh sản ở nam giới, chúng tôi dự định sử dụng kỹ thuật mới này để làm sáng tỏ mối quan hệ giữa chuyển động 3D, cấu trúc và các bộ phận của tinh trùng với khả năng thụ tinh của trứng và tạo ra khả năng mang thai,” giáo sư Shaked kết luận. “Chúng tôi tin rằng khả năng chụp ảnh như vậy sẽ góp phần vào các ứng dụng y tế khác, như phát triển các robot sinh học siêu nhỏ, hiệu quả để vận chuyển thuốc bên trong cơ thể.”
Tạp chí tham khảo:
Dardikman-Yoffe, G. et al. (2020) High-resolution 4-D acquisition of freely swimming human sperm cells without staining Science Advances. doi.org/10.1126/sciadv.aay7619.