O trato genital feminino pode ser um ambiente hostil para a concepção. Dos cerca de 100 milhões de espermatozóides, apenas algumas centenas chegam às trompas de Falópio. Guiados por um movimento direcional chamado reotaxia, os espermatozoides nadam contra o fluxo do muco cervical para alcançar o óvulo para fertilização. Essa jornada, no entanto, é ainda mais crítica quando se considera a infertilidade. A motilidade do esperma – a capacidade de nadar da maneira certa – é fundamental.
Aproveitando esse comportamento natural de reotaxia do esperma, pesquisadores da Faculdade de Engenharia e Ciência da Computação da Florida Atlantic University desenvolveram um chip microfluídico para triagem de esperma que é rápido, barato, fácil de operar e isola eficientemente o esperma saudável diretamente do sêmen. É importante ressaltar que ele coleta sem esforço os espermatozóides selecionados da câmara de coleta, minimizando a contaminação por espermatozóides deformados ou mortos.

Tecnologias de reprodução assistida, como fertilização in vitro (FIV), inseminação intrauterina e injeção intracitoplasmática de espermatozóides, exigem células de esperma saudáveis ​​para um resultado bem-sucedido. Os métodos atuais de centrifugação para triagem de espermatozóides requerem várias etapas, vários tipos de equipamentos e levam cerca de duas horas para isolar os espermatozóides. Esses métodos danificam o esperma durante o processamento e induzem fragmentação significativa do DNA e estresse oxidativo.

Resultados do estudo, publicados na revista The Analyst da Royal Society of Chemistry, mostrou que os espermatozóides isolados da câmara coletora neste chip microfluídico exibiam motilidade significativamente maior (quase 100%), um número maior de células morfologicamente normais e fragmentação de DNA substancialmente menor, que é um parâmetro crucial para a processo de fertilização. Além disso, o chip desenvolvido fornece células mais do que suficientes necessárias para uma injeção intracitoplasmática de esperma bem-sucedida devido à quantidade e qualidade dos espermatozoides isolados usando o chip.

"Operar nosso chip é muito fácil. Uma vez que o sêmen é carregado na câmara de entrada da amostra, os espermatozóides competentes começam a se mover contra o fluxo de fluido em direção à câmara de coleta de onde podem ser facilmente coletados", disse Waseem Asghar, Ph.D. , autor sênior, professor associado do Departamento de Engenharia Elétrica e Ciência da Computação da FAU e membro do Instituto FAU de Saúde Humana e Intervenção em Doenças (I-Health) e do Instituto FAU para Detecção e Engenharia de Sistemas de Rede Incorporada (I-SENSE) . "Além disso, este chip oferece um benefício operacional de uma etapa e uma hora, que um operador pode usar com o mínimo de treinamento."

The study also validates that rheotaxis selects the healthy, motile, and higher velocity sperm cells for the fertilization process.

"The assembly of the microfluidic chip is low-cost, and the reagents used in the chip to separate sperm cells are only a few milliliters, therefore, the commercial cost of the chip would be less than $5," said Asghar. "Moreover, this technology will considerably reduce the economic burden of fertility implementations and both the chip and the sperm cells isolated from it offer great clinical significance and applicability." 

The microfluidic chip consists of four cylindrical chambers that are connected through the microchannels. The four chambers are the fluid inlet chamber, collecting chamber, sample inlet chamber, and waste collection chamber. The channel between the collecting chamber and sample inlet contains microgrooves to guide the sperm cells in addition to the fluid flow for the rheotaxis movement of the sperm cells towards the collecting chamber.

The shear stress inside the device is generated by fluid flow using a syringe pump. A raw semen sample is then added to the sample inlet chamber from where functional sperm cells will swim towards the collecting chamber, effectively separating themselves from dead and immotile sperm.

"Conventional centrifugation often compromises the integrity of sperm cells. This research study demonstrates that the microfluidic chip developed by professor Asghar and his colleagues eliminates this issue," said Stella Batalama, Ph.D., dean, College of Engineering and Computer Science. "This novel technology offers a platform where the sperm cells experience different shear stress in different parts of the chip, which facilitates the isolation of competent sperm cells without impacting their integrity."

In the United States, an estimated 15 percent of couples have trouble conceiving. Globally, approximately 48.5 million couples experience infertility. According to the U.S. Centers for Disease Control and Prevention, 12 percent of women of childbearing age have used an infertility service. All treatment costs for infertility can range from $5,000 to $73,000. The average patient goes through two IVF cycles, bringing the total cost of this procedure, including medications, between $40,000 and $60,000. An estimated 85 percent of IVF costs are often paid out-of- pocket. + Explorar mais

Survival of the fittest sperm:How new technology may help infertile couples