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"IVF-Chip" hilft beim Erfassen von Bildern von Sperma, das mit Ei verschmilzt

Jedes Säugetier auf diesem Planeten beginnt auf dieselbe Weise: Ein Sperma trifft auf ein Ei und verschmilzt damit. Dieser Prozess ist jedem Biologiestudenten der achten Klasse vertraut, und Bilder der Veranstaltung sind in jedem Biologie-Lehrbuch zu finden. Trotz dieser Allgegenwart ist die detaillierte Mechanik des Prozesses selbst immer noch ein Rätsel.


Die Forscher filmten die allmähliche Verschmelzung einer Mäusespermazelle mit der Eizelle einer Maus; Diese Bilder zeigen über 100 Minuten, wie die Samenzelle langsam in die Membran und das Cytoplasma der Eizelle aufgenommen wird.
Bildnachweis: Benjamin Ravaux

Nun versprechen neue Techniken mit einem "IVF-Chip", die kürzlich auf der 60. Jahrestagung der Biophysical Society in Los Angeles, Kalifornien, vorgestellt wurden, neue Erkenntnisse darüber, wie eine einzelne Samenzelle mit einer Eizelle verschmilzt.

Die Forscher hoffen, dass die neuen Techniken uns helfen werden, die Ursachen der Unfruchtbarkeit besser zu verstehen und Behandlungen zu verbessern.

Auf dem Treffen beschrieb Benjamin Ravaux, ein Physikstudent an der Ecole Normale Supérieure de Paris in Frankreich, wie er und seine Kollegen mit dem "völlig neuen Ansatz" hochauflösende Bilder von den Ereignissen aufgenommen haben, die sich an der Membrane von Paris entfalten die Eizelle während der Säugetierdüngung.

Laut Ravaux ist der "IVF-Chip" ein "einzigartiges Instrument zur Beobachtung der Kaskade von molekularen und Membranereignissen, die während des Befruchtungsprozesses auftreten", unter Bedingungen, die das, was in der Natur passiert, imitieren.

Die Idee und das Design des Geräts sind das Produkt der Expertise in den Bereichen Biophysik, Fertilisation und assistierte Reproduktion (ART) - einschließlich In-vitro-Fertilisation (IVF).

Das Herzstück des neuen Ansatzes ist ein "IVF-Chip" - eine Mikrofluidik-Vorrichtung, die aus einem elektronischen Chip mit mehreren auf einem Objektträger versiegelten Schichten aus Siliziumpolymer besteht.

Das Design des Chips ermöglicht, dass eine Samenzelle in der unteren Schicht gehalten wird, wobei eine Eizelle in einem "Eierbecher" darüber gehalten wird. Am unteren Rand des Eierbechers befindet sich eine winzige Öffnung mit einer Breite von etwa 30 Mikrometern (etwa die Hälfte der Breite eines menschlichen Haares).

Bilder der Befruchtung "wie es auftritt"

Beim Einsetzen in die untere Schicht des Chips schwimmt eine Samenzelle durch die Öffnung und verschmilzt mit dem Ei im Eierbecher.

Der Chip ist mit der konfokalen Mikroskopie und anderen Bildgebungssystemen kompatibel, sodass die Forscher hochauflösende Bilder und Filme des Befruchtungsprozesses aufnehmen können.

Die Bilder zeigen, was mit der Samenzelle passiert, wenn sie auf die Membran der Eizelle trifft. Sie zeigen, wie die beiden Zellen im Laufe der Zeit ihre Membranen zusammenführen und die Samenzelle allmählich in die Eizelle sinkt.

Die Wissenschaftler sahen auch, wie die DNA im Sperma in das Zytoplasma der Eizelle aufgenommen wurde - die Flüssigkeit, die den Zellkern der Eizelle umgibt.

Ravaux erklärt, dass die neue Technik Wissenschaftlern die Möglichkeit bietet, einen Bereich der Reproduktionsbiologie zu untersuchen, der aufgrund fehlender Hilfsmittel weitgehend unerforscht blieb.

Der IVF-Chip unterscheidet sich von dem, was zuvor versucht wurde, da er Wissenschaftlern ermöglicht, zu beobachten, was passiert, wenn nur eine Samenzelle mit einem Ei verschmilzt. Andere Versuche, dies zu tun, mussten sich mit der Beobachtung mehrerer Spermazellen vereinbaren, die mit der Membran der Eizelle in Kontakt kamen.

Ravaux sagt, die Technik könnte mit anderen Ansätzen - wie fluoreszierenden Antikörpern oder gentechnisch veränderten Tieren - kombiniert werden, um neue Einblicke in die Membranereignisse des Samenzellen-Ei-Prozesses zu geben. Er schließt ab:

"Ein besseres Verständnis der molekularen und physischen Mechanismen, die für die Befruchtung verantwortlich sind, könnte letztendlich zu besseren Methoden zur Diagnose der Ursachen von Unfruchtbarkeit führen und zu einer besseren personalisierten Behandlung der Medizin führen."

Aus einer kürzlich veröffentlichten Studie Medizinische Nachrichten heute lernten, wie Wissenschaftler in China aus Stammzellen funktionierende Spermien gebildet haben, was die Hoffnung weckt, dass der Ansatz eines Tages zur Behandlung männlicher Unfruchtbarkeit verwendet werden kann.

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