Forskare från Monash University har kombinerat akustiska vågor och vätskedynamik för att skapa ett nytt tillvägagångssätt för att separera högkvalitativa spermier i assisterad reproduktion – vilket öppnar nya fönster för infertila par att få en egen familj.

Denna snabba och automatiserade akustoffluidiska process, utvecklat av ett team från Monash University's Department of Mechanical and Aerospace Engineering, kan isolera spermier med normal huvudmorfologi och hög DNA-integritet från råa spermaprover.

Enheten kan behandla ungefär 140 spermier per sekund och välja ut mer än 60, 000 högkvalitativa spermier på under 50 minuter – ett kliniskt relevant antal spermier för att utföra IVF (in vitro fertilisering) och ICSI (intracytoplasmatisk spermieinjektion).

Denna livsförändrande forskning, publicerad i den ledande mikrofluidtidskriften Lab on a Chip, leddes av andraårs Ph.D. student Junyang Gai. Arbetet har övervakats av Dr. Reza Nosrati och professor Adrian Neild – experter på mikrofluidik från Institutionen för mekanisk och rymdteknik.

"Tillvägagångssättet isolerar spermier från rå sperma genom att applicera ett akustiskt fält i en 30° vinkel mot flödesriktningen. De akustiska krafterna styr och trycker ut högkvalitativa spermier ur mainstream, över mikrokanalen och isolerar dem i ett separat utlopp, lämnar den allmänna populationen av spermier i råprovet, " sa Gai.

Med applicering av SSAW (stående akustiska ytvågor) vid 19,28 MHz och 1-2W, den akustiska strålningskraften var tillräckligt stor för att övervinna motståndet och styra den rörliga spermien att simma över mikrokanalens bredd, medan andra spermier och skräp följde det vanliga flödet för att samlas upp från det kasserade utloppet.

Detta möjliggjorde en kontinuerlig, hög genomströmning, och storleksberoende urvalsprocess för att isolera högkvalitativa spermier.

"Våra resultat visar att den utvalda spermiepopulationen uppvisar en betydligt högre andel av progressivt rörliga spermier (83 procent), än både det initiala råprovet (52 procent) och den kasserade subpopulationen av spermier (36 procent), " sa Gai.

Resultatet är valet av spermier med över 60 procents förbättring av progressiv rörlighet (förmågan för spermier att röra sig självständigt), samtidigt som ett kliniskt relevant prov för IVF och ICSI. Spermier utvalda från detta tillvägagångssätt visar också en förbättring på nästan 40 procent i DNA-integritet.

Dr. Nosrati säger att framgångsfrekvensen beror på många olika parametrar, men i slutändan, det beror på kvaliteten på spermier och ägg.

"Vår process syftar till att välja bättre spermier inom en snabbare tidsram, så förhoppningsvis kan detta leda till förbättrade resultat vid assisterad befruktning. När det är fullt testat och implementerat, denna metod kan öppna nya fönster och möjligheter för infertila par att få barn, " sa Dr. Nosrati.

"Vi hoppas att med ytterligare tester, vår akustofluidiska spermieurvalsprocess kan ge nya möjligheter och vara till nytta för industrin för assisterad reproduktion, och hjälpa till att ta bort rädslan, ångest och negativa stereotyper förknippade med infertilitet."

Infertiliteten har ökat under de senaste 50 åren, med ett av sex par som upplever infertilitet. Manlig infertilitet är ansvarig för cirka 30 procent av fallen, med en kombination av manliga och kvinnliga faktorer som bidrar till ungefär hälften av fallen, över hela världen.

"Manlig infertilitet är en global reproduktiv fråga och flera kliniska metoder har utvecklats för att hantera det. deras effektivitet begränsas av de arbetsintensiva och tidskrävande procedurerna för urval av spermier, " sa Dr. Nosrati.

"Spermieberedning eller urval är ett nyckelsteg i assisterad reproduktion som utförs precis innan ägget befruktas. Den nuvarande kliniska processen innefattar flera tvätt- och centrifugeringssteg och ett manuellt urvalssteg, och tar upp till tre timmar att slutföra, som också kan vara skadligt för spermier."

Professor Neild säger att metoden för spermieurval inte har förändrats mycket under de senaste 30 åren, välja spermier huvudsakligen baserat på motilitet, och som resultat, framgångsfrekvensen för assisterade befruktningscykler har sjunkit till cirka 33 procent.

"Vårt tillvägagångssätt tar också hänsyn till spermiestorlek och morfologi under urvalsprocessen, förutom spermiernas rörlighet. Med ytterligare forskning, förhoppningsvis kan vårt tillvägagångssätt förbättra resultaten av assisterad befruktning och minska kostnaderna i samband med behandlingscykeln, " sa professor Neild.

Professor Neild är en världsexpert inom akustofluidik med många viktiga bidrag till området under de senaste 15 åren. Dr. Nosrati är en pionjär inom mikrofluidik för assisterad reproduktion och har utvecklat teknologier för spermieurval och analys under de senaste sex åren.