Onderzoekers hebben een wiskundige formule ontwikkeld op basis van de ritmische beweging van de kop en de staart van een spermacel. wat de complexiteit van het begrijpen en voorspellen van hoe sperma de moeilijke reis naar het bevruchten van een eicel maakt, aanzienlijk vermindert.

Onderzoekers van de universiteiten van York, Birmingham, Oxford en de Universiteit van Kyoto, Japan, ontdekte dat de staart van het sperma een karakteristiek ritme creëert dat het sperma naar voren duwt, maar trekt ook het hoofd op een gecoördineerde manier naar achteren en zijwaarts.

Succesvolle vruchtbaarheid is afhankelijk van hoe een sperma zich door vloeistof beweegt, maar het vastleggen van details van deze beweging is een ingewikkelde kwestie.

Het team wil deze nieuwe bevindingen gebruiken om te begrijpen hoe grotere groepen sperma zich gedragen en op elkaar inwerken, een taak die onmogelijk zou zijn met moderne observatietechnieken. Het werk zou nieuwe inzichten kunnen bieden in de behandeling van mannelijke onvruchtbaarheid.

Vereenvoudig het probleem

Dr. Hermes Gadêlha, van de afdeling Wiskunde van de Universiteit van York, zei:"Om te observeren, op microschaal, hoe een sperma voorwaartse voortstuwing bereikt door vloeistof, geavanceerde microscopische hoge precisie technieken worden momenteel gebruikt.

"Metingen van de slag van de staart van het sperma worden ingevoerd in een computermodel, wat vervolgens helpt om de vloeistofstroompatronen te begrijpen die het gevolg zijn van deze beweging.

"Numerieke simulaties worden gebruikt om de stroom rond het sperma te identificeren, maar omdat de structuren van de vloeistof zo complex zijn, de gegevens zijn bijzonder uitdagend om te begrijpen en te gebruiken. Ongeveer 55 miljoen spermatozoa worden gevonden in een bepaald monster, dus het is begrijpelijkerwijs erg moeilijk om te modelleren hoe ze tegelijkertijd bewegen.

"We wilden een wiskundige formule maken die de manier waarop we dit probleem aanpakken zou vereenvoudigen en het gemakkelijker zou maken om te voorspellen hoe grote aantallen spermacellen zwemmen. Dit zou ons helpen begrijpen waarom sommige spermacellen slagen en andere falen."

gecoördineerd ritme

Door de kop- en staartbewegingen van het sperma te analyseren, onderzoekers hebben nu aangetoond dat het sperma de vloeistof op een gecoördineerde ritmische manier verplaatst, die kunnen worden vastgelegd om een ​​relatief eenvoudige wiskundige formule te vormen. Dit betekent dat complexe en dure computersimulaties niet langer nodig zijn om te begrijpen hoe de vloeistof beweegt terwijl het sperma zwemt.

Het onderzoek toonde aan dat het sperma meerdere tegenstrijdige bewegingen moet maken, zoals achteruit rijden, om het voort te stuwen naar het ei.

De zweepachtige staart van het sperma heeft een bepaald ritme dat het hoofd naar achteren en opzij trekt om een ​​schokkerige vloeistofstroom te creëren, het tegengaan van een deel van de intense wrijving die wordt veroorzaakt door hun kleine afmetingen.

Wonderbaarlijk

Dr Gadêlha zei:"Het is waar als wetenschappers zeggen hoe wonderbaarlijk het is dat een sperma ooit een ei bereikt, maar het menselijk lichaam heeft een zeer geavanceerd systeem om ervoor te zorgen dat de juiste cellen samenkomen.

"Je zou aannemen dat de schokkerige bewegingen van het sperma een zeer willekeurige invloed zouden hebben op de vloeistofstroom eromheen, waardoor het nog moeilijker wordt voor concurrerende zaadcellen om er doorheen te navigeren, maar in feite zie je goed gedefinieerde patronen in de vloeistof rond het sperma.

"Dit suggereert dat sperma de vloeistof op een zeer gecoördineerde manier ronddraait om voortbeweging te bereiken, niet te veel verschilt van de manier waarop magnetische velden rond magneten worden gevormd. Dus hoewel de vloeistofweerstand het erg moeilijk maakt voor het sperma om voorwaartse beweging te maken, het coördineert met zijn ritmische bewegingen om ervoor te zorgen dat slechts een paar geselecteerde voorwaartse voortstuwing bereiken."

Nu het team een ​​wiskundige formule heeft die de vloeiende beweging van één sperma kan voorspellen, de volgende stap is om het model te gebruiken voor voorspellingen op grotere aantallen cellen. Ze geloven ook dat het gevolgen zal hebben voor nieuwe innovaties in de behandeling van onvruchtbaarheid.

Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven .