I ricercatori hanno sviluppato una formula matematica basata sul movimento ritmico della testa e della coda di uno spermatozoo, che riduce significativamente la complessità della comprensione e della previsione di come gli spermatozoi rendano il difficile viaggio verso la fecondazione di un uovo.

Ricercatori delle Università di York, Birmingham, Università di Oxford e Kyoto, Giappone, scoperto che la coda dello spermatozoo crea un ritmo caratteristico che spinge lo sperma in avanti, ma tira anche la testa all'indietro e di lato in modo coordinato.

Il successo della fertilità dipende dal modo in cui uno spermatozoo si muove attraverso il fluido, ma catturare i dettagli di questo movimento è una questione complicata.

Il team mira a utilizzare queste nuove scoperte per capire come si comportano e interagiscono gruppi più grandi di spermatozoi, un compito che sarebbe impossibile utilizzando le moderne tecniche di osservazione. Il lavoro potrebbe fornire nuove informazioni sul trattamento dell'infertilità maschile.

Semplifica il problema

Dottor Hermes Gadêlha, dal Dipartimento di Matematica dell'Università di York, disse:"Per osservare, alla microscala, come uno spermatozoo raggiunge la propulsione in avanti attraverso il fluido, sono attualmente impiegate sofisticate tecniche microscopiche di alta precisione.

"Le misurazioni del battito della coda dello spermatozoo vengono inserite in un modello al computer, che poi aiuta a comprendere i modelli di flusso del fluido che risultano da questo movimento.

"Le simulazioni numeriche sono utilizzate per identificare il flusso intorno allo sperma, ma poiché le strutture del fluido sono così complesse, i dati sono particolarmente difficili da comprendere e utilizzare. In un dato campione si trovano circa 55 milioni di spermatozoi, quindi è comprensibilmente molto difficile modellare come si muovono simultaneamente.

"Volevamo creare una formula matematica che semplificasse il modo in cui affrontiamo questo problema e rendesse più facile prevedere come nuota un gran numero di spermatozoi. Questo ci aiuterebbe a capire perché alcuni spermatozoi hanno successo e altri falliscono".

Ritmo coordinato

Analizzando i movimenti della testa e della coda dello sperma, i ricercatori hanno ora dimostrato che lo sperma muove il fluido in modo ritmico coordinato, che può essere catturato per formare una formula matematica relativamente semplice. Ciò significa che non sono più necessarie simulazioni al computer complesse e costose per capire come si muove il fluido mentre lo sperma nuota.

La ricerca ha dimostrato che lo sperma deve compiere più movimenti contraddittori, come muoversi all'indietro, per spingerlo in avanti verso l'uovo.

La coda a frusta dello sperma ha un ritmo particolare che tira la testa indietro e lateralmente per creare un flusso fluido a scatti, contrastando parte dell'intenso attrito che si crea a causa delle loro dimensioni ridotte.

Miracoloso

Il dottor Gadêlha ha detto:"È vero quando gli scienziati dicono quanto sia miracoloso che uno spermatozoo raggiunga un uovo, ma il corpo umano ha un sistema molto sofisticato per assicurarsi che le cellule giuste si uniscano.

"Si presume che i movimenti a scatti dello sperma abbiano un impatto molto casuale sul flusso di fluido intorno ad esso, rendendo ancora più difficile per gli spermatozoi concorrenti navigare attraverso di esso, ma in effetti vedi schemi ben definiti che si formano nel fluido attorno allo sperma.

"Questo suggerisce che lo sperma rimescola il fluido in modo molto coordinato per ottenere la locomozione, non troppo dissimile dal modo in cui si formano i campi magnetici attorno ai magneti. Quindi, sebbene la resistenza del fluido renda molto difficile per lo sperma fare movimento in avanti, si coordina con i suoi movimenti ritmici per garantire che solo pochi selezionati raggiungano la propulsione in avanti."

Ora che il team ha una formula matematica in grado di prevedere il movimento fluido di uno spermatozoo, il passaggio successivo consiste nell'utilizzare il modello per le previsioni su un numero maggiore di celle. Ritengono inoltre che avrà implicazioni per le nuove innovazioni nel trattamento dell'infertilità.

La ricerca è pubblicata sulla rivista Lettere di revisione fisica .