Biomatemática y biofísica: ¿Cómo nadan realmente los espermatozoides humanos?
03 de agosto de 2020 | Historia original de la Universidad de Bristol
Un avance en la ciencia de la fertilidad por parte de investigadores de Bristol y México ha roto la visión universalmente aceptada de cómo “nadan” los espermatozoides.
Más de trescientos años después de que Antonie van Leeuwenhoek utilizara uno de los primeros microscopios para describir a los espermatozoides humanos como una “cola”, que, al nadar, se desplazan con un movimiento similar a una serpiente, como las anguilas en el agua", los científicos han revelado que se trata de una ilusión óptica.
Utilizando microscopía 3D de última generación y algoritmos matemáticos, el Dr. Hermes Gadelha de la Universidad de Bristol y los Dres. Gabriel Corkidi y Alberto Darszon de la Universidad Nacional Autónoma de México, han sido pioneros en la reconstrucción del verdadero movimiento de la cola de los espermatozoides en 3D.
Usando una cámara de alta velocidad capaz de grabar más de 55.000 fotogramas por segundo, y un microscopio provisto de un dispositivo piezoeléctrico capaz de mover la muestra hacia arriba y hacia abajo a una velocidad increíblemente alta, fueron capaces de escanear el esperma nadando libremente en 3D.
El estudio innovador, publicado en eljournalScience Advances, revela que la cola de espermatozoides sólo se mueve por uno de sus lados. Mientras que esto significaría que el esperma nade en círculos, los espermatozoides “han encontrado” una manera inteligente de adaptarse y nadar hacia adelante.
"Los espermatozoides humanos ‘se dieron cuenta’ que, si rodaban mientras nadaban, al igual que las nutrias juguetonas que atraviesan el agua, su aguijón unilateral se promediaría y nadarían hacia adelante", dijo el Dr. Gadelha, jefe del Laboratorio de Polimaths del Departamento de Matemáticas de Ingeniería de Bristol y experto en matemáticas de fertilidad.
“El giro rápido y altamente sincronizado de los espermatozoides provoca una ilusión cuando se ve desde arriba con microscopia 2D - la cola parece tener un movimiento simétrico de lado a lado, "como anguilas en el agua", como lo describió Leeuwenhoek en el siglo XVII.”
"Sin embargo, nuestro descubrimiento muestra que los espermatozoides han desarrollado una técnica de natación para compensar su desequilibrio y al hacerlo, han resuelto ingeniosamente un rompecabezas matemático a escala microscópica: creando simetría a partir de la asimetría", dijo el Dr. Gadelha.
“El giro, similar a la nutria, de los espermatozoides humanos es sin embargo complejo: la cabeza del esperma gira al mismo tiempo que la cola de espermatozoides gira alrededor de la dirección de la natación. Esto se conoce en la física como precesión, al igual que cuando las órbitas de la Tierra y Marte precesan alrededor del sol.”
Los sistemas de análisis del semen asistido por computadora en uso hoy en día, tanto en clínicas como para investigación, todavía utilizan observaciones 2D para examinar el movimiento de los espermatozoides. Por lo tanto, al igual que el primer microscopio de Leeuwenhoek, siguen siendo propensos a esta ilusión de simetría mientras evalúan la calidad del semen. Este descubrimiento, con su nuevo uso de la tecnología de microscopio 3D combinada con las matemáticas, puede proporcionar una nueva esperanza para desbloquear los secretos de la reproducción humana.
“Con más de la mitad de la infertilidad causada por factores masculinos, la comprensión del movimiento de la cola de espermatozoides humanos es fundamental para desarrollar futuras herramientas diagnósticas para identificar espermatozoides no saludables”, añade el Dr. Gadelha, cuyo trabajo ha revelado previamente la biomecánica de la bendición espermática y las tendencias rítmicas precisas que caracterizan cómo un espermatozoide avanza.
“Esta fue una sorpresa increíble, y creemos que nuestro microscopio 3D de última generación revelará muchos más secretos ocultos en la naturaleza. Un día esta tecnología estará disponible para los centros clínicos”, dijo el Dr. Corkidi.
“Este descubrimiento revolucionará nuestra comprensión sobre la motilidad de los espermatozoides y su impacto en la fertilización natural. Tan poco se sabe sobre el ambiente intrincado dentro del tracto reproductivo femenino y cómo los espermatozoides nadan, afectan en la fertilización. Estas nuevas herramientas nos abren los ojos a las increíbles capacidades que tienen los espermatozoides”, dijo el Dr. Darszon.
Este artículo ha sido reeditado para adecuar su longitud y contenido.
Referencia: Gadêlha, H., Hernández-Herrera, P., Montoya, F., Darszon, A., & Corkidi, G. (2020). Human sperm uses asymmetric and anisotropic flagellar controls to regulate swimming symmetry and cell steering. Science Advances, 6(31). doi:10.1126/sciadv.aba5168
