Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Ứng dụng của kỹ thuật hình ảnh quang học gần trường quét để nghiên cứu hình thái học tinh trùng người
Tóm tắt
Hình thái học của tinh trùng là một khía cạnh cơ bản cần xem xét trong thụ tinh, bệnh lý tinh trùng, sinh sản hỗ trợ và tránh thai. Đầu, cổ, phần giữa, phần chính và phần cuối của roi là những thành phần chính của tinh trùng cần được nghiên cứu để xác định các đặc điểm hình thái và các dị thường liên quan. Gần đây, kỹ thuật kính hiển vi quang học gần trường quét (SNOM), thuộc vào gia đình rộng lớn của các kỹ thuật nanoscopic, đã mở ra những hướng mới cho việc nghiên cứu các hệ thống sinh học. SNOM là kỹ thuật duy nhất có khả năng cung cấp đồng thời hình ảnh topo có độ phân giải cao và hình ảnh quang học với độ phân giải vượt qua giới hạn nhiễu xạ, điều mà kính hiển vi quang học thông thường không có được. Điều này mang lại lợi thế để thu thập thông tin bổ sung về bề mặt tế bào và các cấu trúc tế bào chất. Trong công trình này, tinh trùng người khỏe mạnh và có những dị thường hình thái được phân tích bằng SNOM, nhằm chứng minh khả năng của phương pháp này trong việc hình dung các chi tiết hình thái của tinh trùng. Sự kết hợp giữa topo SNOM với hình ảnh quang học (phản xạ và truyền dẫn) cho phép xem xét các đặc điểm topo điển hình của tinh trùng cùng với các cấu trúc tế bào chất nền tảng. Thực tế, hình dạng đầu và các thành phần bên trong như acrosome và nhân, cũng như tổ chức của ty thể trong vùng phần giữa được quan sát. Tương tự như vậy, đối với phần chính của đuôi, các gờ và cột được phát hiện trong topo SNOM, trong khi cấu trúc bên trong của chúng có thể được quan sát trong các hình ảnh quang học truyền dẫn tương ứng của SNOM, mà không cần các quy trình nhuộm cụ thể hoặc các giao thức xâm lấn. Những phát hiện như vậy chỉ ra rằng SNOM là một công cụ linh hoạt và mạnh mẽ để mô tả đồng thời các chi tiết topo và cấu trúc bên trong của tinh trùng. Phân tích này có thể hữu ích trong việc đặc trưng tốt hơn cho một số dị thường hình thái, thường liên quan đến sự vô sinh của tinh trùng, mà không thể được kiểm tra cùng nhau bằng các kỹ thuật thông thường.
Từ khóa
#hình thái học tinh trùng #kính hiển vi quang học gần trường quét #dị thường hình thái #sinh sản hỗ trợ #vô sinh tinh trùngTài liệu tham khảo
Redmon JB, Thomas W, Ma W, Drobnis EZ, Sparks A, Wang C, et al. Semen parameters in fertile US men: the study for future families. Study for future families research group. Andrology. 2013;1:806–14.
Cooper TG, Noonan E, von Eckardstein S, Auger J, Baker HW, Behre HM, et al. World Health Organization reference values for human semen characteristics. Hum Reprod Update. 2010;16:231–45.
Mortimer D, Menkveld R. Sperm morphology assessment—historical perspectives and current opinions. J Androl. 2001;22:192–205.
World Health Organization. WHO Laboratory Manual for the Examination and Processing of Human Semen. 5th edn. Geneva; 2010.
Hamadaa A, Estevesb SC, Agarwala A. Unexplained male infertility: potential causes and management. Human Andrology. 2011;1:2–16.
Rawe VY, Terada Y, Nakamura S, Chillik CF, Olmedo SB, Chemes HE. A pathology of the sperm centriole responsible for defective sperm aster formation, syngamy and cleavage. Hum Reprod. 2002;17:2344–9.
Chemes HE, Rawe VY. Sperm pathology: a step beyond descriptive morphology. Origin, characterization and fertility potential of abnormal sperm phenotypes in infertile men. Hum Reprod Update. 2003;9:405–28.
Yu JJ, Xu YM. Ultrastructural defects of acrosome in infertile men. Arch Androl. 2004;50:405–9.
Menkveld R, Holleboom CA, Rhemrev JP. Measurement and significance of sperm morphology. Asian J Androl. 2011;13:59–68.
Chemes E, Sedo CA. Tales of the tail and sperm head aches changing concepts on the prognostic significance of sperm pathologies affecting the head, neck and tail. Asian J Androl. 2012;14:14–23.
Escalier D, Tourè A. Morphological defects of sperm flagellum implicated in human male infertility. Sciences. 2012;28:503–11.
Cooper TG, Atkinson AD, Nieschlag E: Experience with external quality control in spermatology. 1999, 14:765–769.
Bellastella G, Cooper TG, Battaglia M, Ströse A, Torres I, Hellenkemper B, et al. Dimensions of human ejaculated spermatozoa in Papanicolaou-stained seminal and swim-up smears obtained from the Integrated semen Analysis System (ISAS). Asian J Androl. 2010;12:871–9.
Henkel R, Schreiber G, Sturmhoefel A, Hipler UC, Zermann DH, Menkveld R. Comparison of three staining methods for the morphological evaluation of human spermatozoa. Fertil Steril. 2008;89:449–55.
Maree L, du Plessis SS, Menkveld R, van der Horst G. Morphometric dimensions of the human sperm head depend on the staining method used. Human Reprod. 2010;25:1369–82.
Davis RO, Bain DE, Siemers RJ, Thal DM, Andrew JB, Gravance CG. Accuracy and precision of the Cell Form-Human Automated sperm morphometry instrument. Fertil Steril. 1992;58:763–9.
Kruger TF, DuToit TC, Franken DR, Acosta AA, Oehninger SC, Menkveld R, et al. A new computerized method of reading sperm morphology (strict criteria) is as efficient as technician reading. Fertil Steril. 1993;59:202–9.
Yániz JL, Capistrós S, Vicente-Fiel S, Soler C, Núñez de Murga M, Santolaria P. Use of Relief Contrast(®) objective to improve sperm morphometric analysis by Isas(®) casa system in the ram. Reprod Domest Anim. 2013;48:1019–24.
Yániz JL, Vicente-Fiel S, Capistrós S, Palacín I, Santolaria P. Automatic evaluation of ram sperm morphometry. Theriogenology. 2012;77:1343–50.
Yániz JL, Capistrós S, Vicente-Fiel S, Soler C, Nuñez de Murga J, Santolaria P. Study of nuclear and acrosomal sperm morphometry in ram using a computer-assisted sperm morphometry analysis fluorescence (CASMA-F) method. Theriogenology. 2014;82:921–4.
Soler C, Garcia-Molina A, Sancho M, Contell J, Nuñez M, Cooper TG: A new technique for analysis of humen sperm morphology in unstained cells from raw semen. Reprod Fertil Dev 2014.
Zamboni L. The ultrastructural pathology of the spermatozoon as a cause of infertility: the role of electron microscopy in the evaluation of semen quality. Fertil Steril. 1987;48:711–34.
Dadoune JP. Ultrastructural abnormalities of human spermatozoa. Hum Reprod. 1988;3:311–8.
Courtade M, Lagorce C, Bujan L, Caratero C, Mieusset R. Clinical characteristics and light and transmission electron microscopic sperm defects of infertile men with persistent unexplained asthenozoospermia. Fertil Steril. 1998;70:297–304.
Mobberley MA. Electron microscopy in the investigation of asthenozoospermia. Br J Biomed Sci. 2010;67:92–100.
Joshi NV, Medina H, Colasante C, Osuna A. Ultrastructural investigation of human sperm using atomic force microscopy. Arch Androl. 2000;44:51–7.
Ierardi V, Niccolini A, Alderighi M, Gazzano A, Martelli F, Solaro R. AFM characterization of rabbit spermatozoa. Microsc Res Tech. 2008;71:529–35.
Kumar S, Chaudhury K, Sen P, Guha SK. Atomic force microscopy: a powerful tool for high-resolution imaging of spermatozoa. J Nanobiotechnol. 2005;3:1–6.
Joshi N, Medina H, Crúz I, Osuna J. Determination of the ultrastructural pathology of human sperm by atomic force microscopy. Fertil Steril. 2001;75:961–5.
De Lange F, Cambi A, Huijbens R, de Bakker B, Rensen W, Garcia-Parajo M, et al. Cell biology beyond the diffraction limit: near-field scanning optical microscopy. J Cell Sci. 2001;114:4153–60.
Rasmussen A, Deckert V. New dimension in nano-imaging: breaking through the diffraction limit with scanning near-field optical microscopy. Anal Bioanal Chem. 2005;381:165–72.
Nakamura H, Sawada K, Kambe H, Saiki T, Sato T. Spatial resolution of near-field scanning optical DOI:10.1143/PTPS.138.173#_blank microscopy with sub-wavelength aperture. Prog Theor Phys Suppl. 2000;138:173–4.
Betzig E, Isaacson M, Lewis A. Collection mode near-field scanning optical Microscopy. Appl Phys Lett. 1987;51:2088.
Pohl DW, Fischer UC, Durig U. Scanning near-field optical microscopy (SNOM). J Microsc. 1988;152:853–61.
Nagy P, Jenei A, Kirsch AK, Szöllosi J, Damjanovich S, Jovin TM. Activation-dependent clustering of the erbB2 receptor tyrosine kinase detected by scanning near-field optical microscopy. J Cell Sci. 1999;112:1733–41.
Lapin ZJ, Höppener C, Gelbard HA, Novotny L. Near-field quantification of complement receptor 1 (CR1/CD35) protein clustering in human erythrocytes. J Neuroimmune Pharmacol. 2012;7:539–43.
Ianoul A, Street M, Grant D, Pezacki J, Taylor RS, Johnston LJ. Near-field scanning fluorescence microscopy study of ion channel clusters in cardiac myocyte membranes. Biophys J. 2004;87:3525–35.
Qiao W, Shang G, Lei FH, Trussardi-Regnier A, Angiboust JF, Millot JM, et al. Imaging of P-glycoprotein of H69/VP small-cell lung cancer lines by scanning near-field optical microscopy and confocal laser microspectrofluorometer. Ultramicroscopy. 2005;105:330–5.
Trevisan E, Fabbretti E, Medic N, Troian B, Prato S, Vita F, et al. Novel approaches for scanning near-field optical microscopy imaging of oligodendrocytes in culture. Neuroimage. 2010;49:517–24.
Andolfi L, Trevisan E, Zweyer M, Prato S, Troian B, Vita F, et al. The crocidolite fibres interaction with human mesothelial cells as investigated by combining electron microscopy, atomic force and scanning near-field optical microscopy. J Microsc. 2013;249:173–83.
Zweyer M, Troian B, Spreafico V, Prato S. SNOM on cell thin sections: observation of Jurkat and MDAMB453 cells. J Microsc. 2008;229:440–6.
Hausmann M, Liebe B, Perner B, Jerratsch M, Greulich K, Scherthan H. Imaging of human meiotic chromosomes by scanning near-field optical microscopy (SNOM). DOI:10.1016/S0968-4328(03)00021-0#_blank. Micron. 2003;34:441–7.
Yeung CH, Pérez-Sánchez F, Soler C, Poser D, Kliesch S, Cooper TG. Maturation of human spermatozoa (from selected epididymides of prostatic carcinoma patients) with respect to their morphology and ability to undergo the acrosome reaction. Hum Reprod Update. 1997;3:205–13.
Cooper TG. Comment of the morphology of spermatozoa in air-dried seminal smears. Int J Andr. 2012;35:105–6.
Gergely A, Kovanci E, Senturk L, Cosmi E, Vigue L, Huszar G. Morphometric assessment of mature and diminished-maturity human spermatozoa: sperm regions that reflect differences in maturity. Human Reprod. 1999;14:2007–14.
Mossman JA, Pearson JT, Moore HD, Pacey AA. Variation in mean human sperm length is linked with semen characteristics. Human Reprod. 2013;28:22–32.
Iglesias I, Vargas-Martin F. Quantitative phase microscopy of transparent samples using a liquid crystal display. J Biomed Opt. 2013;18:26015.
Dirican EK, Isik A, Vicdan K, Sozen E, Suludere Z. Clinical pregnancies and livebirths achieved by intracytoplasmic injection of round headedacrosomeless spermatozoa with and without oocyte activation in familial globozoospermia: case report. Asian J Androl. 2008;10:332–4.
Harbuz R, Zouari R, Pierre V, Ben Khelifa M, Kharouf M, Coutton C, et al. A recurrent deletion of DPY19L2 causes infertility in man by blocking sperm head elongation and acrosome formation. Am J Hum Genet. 2011;88:351–61.
Folgerø T, Bertheussen K, Lindal S, Torbergsen T. Mitochondrial disease and reduced sperm motility. Hum Reprod. 1993;8:1863–8.
Chemes HE, Olmedo SB, Carrere C, Oses R, Carizza C, Leisner M, et al. Ultrastructural pathology of the sperm flagellum: association between flagellar pathology and fertility prognosis in severely asthenozoospermic men. Hum Reprod. 1998;13:2521–6.
Chemes HE. Phenotypes of sperm pathology: genetic and acquired forms in infertile men. J Androl. 2000;21:799–808.
Collodel G, Federico MG, Pascarelli NA, Geminiani M, Renieri T, Moretti E. A case of severe asthenozoospermia: a novel sperm tail defect of possible genetic origin identified by electron microscopy and immunocytochemistry. Fertil Steril. 2011;95:289.e11–6.
Moretti E, Geminiani M, Terzuoli G, Renieri T, Pascarelli N, Collodel G. Two cases of sperm immotility: a mosaic of flagellar alterations related to dysplasia of the fibrous sheath and abnormalities of head-neck attachment. Fertil Steril. 2011;95:1787.e19–23.
Kumar S, Chaudhury K, Sen P, Guha SK. Topological alterations in human spermatozoa associated with the polyelectrolytic effect of RISUG. Micron. 2006;37:526–32.
Kumar S, Chaundhury K, Sen P, Guha SK. Quantitative analysis of surface micro-roughness alterations in human spermatozoa using atomic force microscopy. J Microsc. 2007;227:118–23.
Kumar S, Roy S, Chaudhury K, Sen P, Guha SK. Study of the micro-structural properties of RISUG—a newly developed male contraceptive. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 2008;86:154–61.
Saiki T, Narita Y. Recent Advances in Near-field Scanning Optical Microscopy. JSAP Int. 2002;5:22–9.