Селекция сперматозоидов в программах вспомогательных репродуктивных технологий методами активной микрофлюидики на основе положительного реотаксиса

На протяжении последних 50 лет наблюдается глобальное снижение качества человеческой спермы. По различным данным, около 10–15% пар по всему миру имеют проблемы с зачатием, в 30–50% случаев обусловленные нарушением сперматогенеза. Выделение высококачественных подвижных сперматозоидов из образцов спермы является важным шагом, во многом определяющим эффективность вспомогательных репродуктивных технологий (ВРТ). За последние годы накоплен значительный объем информации о природе движения сперматозоидов по женским половым путям. Устройства на основе микрофлюидики позволяют проводить более физиологичный отбор сперматозоидов с точки зрения подвижности, жизнеспособности, целостности ДНК и морфологии, так как дают возможность для имитации естественных условий и препятствий, действующих на сперматозоиды в естественной среде женского организма. Благодаря моделированию и контролю условий, воздействующих на образец спермы, они позволяют выделять сперматозоиды с наиболее высоким потенциалом для успешного оплодотворения. 
В настоящем обзоре приведены новые научные данные, касающиеся использования способности сперматозоидов двигаться против тока жидкости на эмбриологическом этапе программ лечения бесплодия методами ВРТ. Также описаны новые устройства (лаборатория-на-чипе), которые могут быть успешно интегрированы в клиническую практику при селекции мужских гамет клиническим эмбрио­логом. В обзор включены данные зарубежных и российских статей, найденных в системах PubMed и eLibrary, опубликованных за последние 10 лет.
Заключение: Активная микрофлюидика представляет перспективное направление для развития методов селекции сперматозоидов, способных обеспечить повышение эффективности процедур вспомогательной репродукции и улучшение клинических исходов.

Вклад авторов: Макарова Н.П. – разработка концепции статьи, систематизация и анализ литературы, написание текста рукописи; Капитанникова А.Ю. – систематизация и анализ литературы, написание рукописи статьи; 
Сысоева А.П. – редактирование рукописи статьи; Чернышев В.С. – критические замечания к рукописи статьи; Калинина Е.В. – критический обзор рукописи статьи, внесение исправлений и замечаний; Сухих Г.Т. – утверждение публикации.
Конфликт интересов: Авторы заявляют об отсутствии возможных конфликтов интересов.
Финансирование: Работа выполнена при финансовой поддержке государственного задания 2024-2026 №124020500056-7 «Разработка инновационных микрофлюидных чипов для селекции мужских половых клеток в программах лечения бесплодия методами вспомогательных репродуктивных технологий», руководитель Макарова Н.П.
Для цитирования: Макарова Н.П., Капитанникова А.Ю., Сысоева А.П., Чернышев В.С., 
Калинина Е.А., Сухих Г.Т. Селекция сперматозоидов в программах вспомогательных 
репродуктивных технологий методами активной микрофлюидики на основе положительного реотаксиса.
Акушерство и гинекология. 2025; 6: 28-36
https://dx.doi.org/10.18565/aig.2025.86

На протяжении последних 50 лет наблюдается глобальное снижение качества спермы человека. По различным данным, около 10–15% пар по всему миру имеют проблемы с зачатием, в 30–50% случаев обусловленные низкой подвижностью сперматозоидов [1–3]. Выделение высококачественных подвижных сперматозоидов из образцов спермы является важным шагом, во многом определяющим эффективность вспомогательных репродуктивных технологий (ВРТ). «Традиционные» методы отбора сперматозоидов в программах ВРТ основаны на дифференцировке по морфологическим характеристикам и подвижности. К наиболее распространенным в клинической практике относится метод всплытия и метод центрифугирования в градиенте плотности [4]. К недостаткам можно отнести временные затраты, невысокую эффективность для образцов спермы с изначально низкой подвижностью и повреждение ДНК сперматозоидов при воздействии центробежных нагрузок. Кроме того, в процессе сперматозоиды подвергается длительному воздействию нефизиологичных условий, что также может приводить к фрагментации ДНК и последующему снижению результативности процедуры [5]. Таким образом, существует запрос на разработку более эффективных и быстрых методов селекции сперматозоидов для ВРТ.

За последние годы накоплен значительный объем информации о природе движения сперматозоидов по женским половым путям. Устройства на основе микрофлюидики позволяют проводить более физиологичный отбор сперматозоидов с точки зрения подвижности, жизнеспособности, целостности ДНК и морфологии, так как дают возможность для имитации естественных условий и препятствий, действующих на сперматозоиды в естественной среде женского организма [6–8]. Благодаря моделированию и контролю условий, воздействующих на образец спермы, они позволяют выделять сперматозоиды с наиболее высоким потенциалом для успешного оплодотворения [9–12].

Биомеханика движения сперматозоида в женских половых путях

Локомоция сперматозоидов млекопитающих осуществляется за счет митохондрий, расположенных в средней части хвоста или жгутика [13]. Митохондрии вырабатывают АТФ, необходимый для работы динеиновых ручек, которые способствуют скольжению девяти внешних микротрубочек-дублетов в аксонеме [14]. Это скольжение создает волнообразные движения, характерные для сперматозоидов, формируя однонаправленную волну жгута. Движение представляет собой баланс нескольких сил: активной силы динеиновых ручек, пассивной силы, создаваемой жгутиком, и гидродинамических сил окружающей среды [15]. Взаимодействие этих сил приводит к анизотропии сопротивления, где соотношение нормального к тангенциальному сопротивлению отличается от соотношения нормальной к тангенциальной скорости, что создает пропульсивную силу в направлении, перпендикулярном движению филамента. Существуют различные плавательные паттерны сперматозоидов, которые зависят от регуляторных механизмов динеина и изменений во внутриклеточных и внеклеточных условиях, а также от изменений ионного потока и регулирования сдвига [16]. Было показано, что сперматозоиды демонстрируют широкий спектр плавательных движений, включая типичные, спиральные, гиперактивные, гиперспиральные и хиральные ленты. Для 90% сперматозоидов характерен типичный паттерн плавания, заключающийся в прямолинейном движении с боковым смещением [17]. Около 5% движутся по спиральным траекториям, а приблизительно 2% демонстрируют хиральные ленты с плоскими колебаниями головки [18].

В процессе естественного оплодотворения сперматозоиду необходимо преодолеть расстояние около 20 см, в 10000 раз превышающее его собственные размеры, проходя при этом через несколько участков, функционирующих в качестве естественных барьеров [19]. Каждый из участков (влагалище, шейка матки, полость матки, фаллопиевы трубы) имеет различную морфологическую, жидкостную, ионную и молекулярную среду. На поверхности эпителия слизистой оболочки маточных труб в составе мерцательных клеток имеются реснички, совершающие постоянное скоординированное ритмичное однонаправленное движение в сторону полости матки [20]. Между ресничками расположены секретирующие клетки, продуцирующие слизь (mucus), которая захватывается ресничками и перемещается по трубе в полость матки [21]. Таким образом осуществляется транспорт яйцеклетки и эмбриона в матку. Кроме того, маточные трубы имеют в составе гладкомышечный слой, благодаря которому осуществляется перистальтика [22]. Волна сокращений может быть направлена как от трубы к матке, так и в обратном направлении, реагируя на место приложения раздражителя.

Подвижность сперматозоида — его важнейшая характеристика, которая обеспечивает прохождение по женскому половому тракту, достижение места оплодотворения и проникновение во внеклеточный матрикс кумулюса вокруг ооцита и блестящую оболочку. Продвижение сперматозоидов по женским половым путям осуществляется против тока жидкости и обеспечивается рядом молекулярных механизмов и физических процессов, взаимно дополняющих друг друга [23, 24]. В движении сперматозоида центральную роль играет Ca2+: связываясь с кальмодул...

Макарова Н.П., Капитанникова А.Ю., Сысоева А.П., Чернышев В.С., Калинина Е.А., Сухих Г.Т.