L’appareil génital féminin peut être un environnement hostile à la conception. Sur environ 100 millions de spermatozoïdes, seuls quelques centaines arrivent dans les trompes de Fallope. Guidés par un mouvement directionnel appelé rhéotaxie, les spermatozoïdes nagent contre le flux de glaire cervicale pour atteindre l’ovule pour la fécondation. Ce voyage, cependant, est encore plus critique lorsqu’on considère l’infertilité. La motilité des spermatozoïdes – la capacité de nager dans le bon sens – est essentielle.
En tirant parti de ce comportement de rhéotaxie naturelle des spermatozoïdes, des chercheurs du College of Engineering and Computer Science de la Florida Atlantic University ont développé une puce microfluidique pour le tri des spermatozoïdes qui est rapide, peu coûteuse, facile à utiliser et qui isole efficacement les spermatozoïdes sains directement du sperme. Surtout, il recueille sans effort les spermatozoïdes triés de la chambre de collecte tout en minimisant la contamination par des spermatozoïdes déformés ou morts.
Les technologies de procréation assistée telles que la fécondation in vitro (FIV), l’insémination intra-utérine et l’injection intracytoplasmique de spermatozoïdes nécessitent toutes des spermatozoïdes sains pour réussir. Les méthodes de centrifugation actuelles pour le tri du sperme nécessitent plusieurs étapes, plusieurs types d’équipement et prennent environ deux heures pour isoler les spermatozoïdes. Ces méthodes endommagent les spermatozoïdes pendant le traitement et induisent une fragmentation importante de l’ADN et un stress oxydatif.
Les résultats de l’étude, publiés dans la revue Analyste de la Société Royale de Chimie, ont montré que les spermatozoïdes isolés de la chambre de collecte dans cette puce microfluidique présentaient une motilité significativement plus élevée (près de 100%), un nombre plus élevé de cellules morphologiquement normales et une fragmentation de l’ADN nettement inférieure, qui est un paramètre crucial pour le processus de fécondation. De plus, la puce développée fournit plus qu’assez de cellules nécessaires pour une injection intracytoplasmique réussie de spermatozoïdes en raison de la quantité et de la qualité des spermatozoïdes isolés à l’aide de la puce.
L’utilisation de notre puce est très simple. Une fois que le sperme est chargé dans la chambre d’entrée de l’échantillon, les spermatozoïdes compétents commencent à se déplacer à contre-courant du fluide vers la chambre de collecte d’où ils peuvent facilement être collectés. De plus, cette puce offre un avantage opérationnel en une seule étape d’une heure, qu’un opérateur peut utiliser avec une formation minimale. »
Waseem Asghar, Ph.D., auteur principal, professeur agrégé au Département de génie électrique et d’informatique de la FAU, et membre de l’Institut FAU pour la santé humaine et l’intervention sur les maladies (I-Health) et de l’Institut FAU pour la détection et l’ingénierie des systèmes de réseau embarqués (JE SENS)
L’étude valide également que la rhéotaxie sélectionne les spermatozoïdes sains, mobiles et à vitesse plus élevée pour le processus de fécondation.
« L’assemblage de la puce microfluidique est peu coûteux et les réactifs utilisés dans la puce pour séparer les spermatozoïdes ne représentent que quelques millilitres. Par conséquent, le coût commercial de la puce serait inférieur à 5 $ », a déclaré Asghar. « De plus, cette technologie réduira considérablement le fardeau économique des mises en œuvre de la fertilité et la puce et les spermatozoïdes qui en sont isolés offrent une grande importance clinique et une grande applicabilité. »
La puce microfluidique se compose de quatre chambres cylindriques qui sont connectées par les microcanaux. Les quatre chambres sont la chambre d’entrée de fluide, la chambre de collecte, la chambre d’entrée d’échantillon et la chambre de collecte des déchets. Le canal entre la chambre de collecte et l’entrée d’échantillon contient des microrainures pour guider les spermatozoïdes en plus du flux de fluide pour le mouvement de rhéotaxie des spermatozoïdes vers la chambre de collecte.
La contrainte de cisaillement à l’intérieur du dispositif est générée par l’écoulement de fluide à l’aide d’une pompe à seringue. Un échantillon de sperme brut est ensuite ajouté à la chambre d’entrée d’échantillon d’où les spermatozoïdes fonctionnels nagent vers la chambre de collecte, se séparant efficacement des spermatozoïdes morts et immobiles.
La centrifugation conventionnelle compromet souvent l’intégrité des spermatozoïdes. Cette étude de recherche démontre que la puce microfluidique développée par le professeur Asghar et ses collègues élimine ce problème. Cette nouvelle technologie offre une plate-forme où les spermatozoïdes subissent différentes contraintes de cisaillement dans différentes parties de la puce, ce qui facilite l’isolement des spermatozoïdes compétents sans affecter leur intégrité. »
Stella Batalama, Ph.D., doyenne, Collège d’ingénierie et d’informatique
Aux États-Unis, on estime que 15 % des couples ont du mal à concevoir. À l’échelle mondiale, environ 48,5 millions de couples souffrent d’infertilité. Selon les Centers for Disease Control and Prevention des États-Unis, 12% des femmes en âge de procréer ont utilisé un service d’infertilité. Tous les coûts de traitement de l’infertilité peuvent varier de 5 000 $ à 73 000 $. Le patient moyen passe par deux cycles de FIV, ce qui porte le coût total de cette procédure, y compris les médicaments, entre 40 000 $ et 60 000 $. On estime que 85 % des frais de FIV sont souvent payés de leur poche.
