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Os espermatozoides podem modular sua energia regulando sua forma de onda flagelar – como os espermatozoides oscilam suas caudas – para se adaptarem a ambientes fluidos variados, otimizando potencialmente sua motilidade e navegação dentro do trato reprodutivo. Esta pesquisa é relatada em um estudo publicado em 1º de novembro na revista Cell Reports Ciências Físicas.
“Nossa abordagem nos permitiu investigar como as variações na viscosidade e nas taxas de cisalhamento afetam o comportamento dos espermatozoides no nível unicelular, o que não era possível usando métodos tradicionais”, disse o autor sênior do estudo, Reza Nosrati, da Monash University.
Sinais bioquímicos e biofísicos dentro do trato reprodutivo servem como filtros contra espermatozoides de baixa qualidade e mecanismos de orientação para que espermatozoides de alta qualidade naveguem em direção ao óvulo. Por exemplo, durante a relação sexual, as secreções de muco intensificadas dentro do oviduto estimulam o movimento do fluido na trompa de Falópio em direção ao útero. Esse fluxo ajuda a evitar que patógenos invadam o trato reprodutivo, liberando-os e, simultaneamente, seleciona espermatozoides capazes de nadar contra o fluxo em direção ao óvulo por meio de um fenômeno conhecido como reotaxia.
Mas devido, em parte, às limitações dos métodos convencionais de microscopia e aos estudos em nível populacional, ainda não está claro como fatores como o fluxo de fluido e a viscosidade interagem para influenciar o comportamento do batimento flagelar dos espermatozoides no nível unicelular. Além disso, as práticas clínicas atuais utilizam amplamente meios de baixa viscosidade e condições de fluxo estagnado, embora as vantagens práticas de considerar ambientes fisiologicamente relevantes possam ser significativas.
Neste estudo, Nosrati e sua equipe projetaram uma “arena de testes” para os espermatozoides observarem seu comportamento sob condições fisiologicamente relevantes. Este dispositivo aproveitou a microfluídica para examinar a forma de onda flagelar e a energética dos espermatozoides em resposta a mudanças no fluxo e na viscosidade. Ao amarrar o esperma de um touro em um microcanal, os pesquisadores expuseram o mesmo esperma individual a uma variedade de viscosidades e taxas de cisalhamento, que se referem às taxas de mudança na velocidade com que uma camada de fluido passa sobre uma camada adjacente. Usando microscopia de alta velocidade e alta resolução, os pesquisadores quantificaram a dinâmica flagelar a 200 quadros por segundo.
As descobertas mostraram que as formas de onda flagelares dos espermatozoides são influenciadas principalmente pela viscosidade e não pela taxa de cisalhamento, e seu efeito sinérgico promove um comportamento de batimento com eficiência energética. A motilidade e a energética dos espermatozoides foram menos influenciadas pelo fluxo de fluidos em ambientes com viscosidades mais baixas. Mas em meios de alta viscosidade, um aumento na taxa de cisalhamento de 0 para 6 por segundo a 75 milipascais segundos reduziu a curvatura flagelar em 20%, e a frequência de batimento flagelar foi mais alta em uma taxa de cisalhamento de 3 por segundo, o que é favorável para reotaxia espermática.
Segundo os autores, este fenômeno sugere um aumento potencial na produção de energia e mudanças no comportamento de batimento flagelar sob estas condições específicas para possivelmente permitir a reotaxia e facilitar a transição do movimento circular para o movimento de rolamento. Este aumento da produção energética observado a uma taxa de cisalhamento de 3 por segundo sugere que o espermatozoide ajusta sua geração de energia para se adaptar e responder à dinâmica dos fluidos, permitindo assim nadar eficientemente contra o fluxo.
Atualmente, os pesquisadores estão refinando suas técnicas de imagem e plataforma experimental para um estudo de acompanhamento para examinar espermatozoides que nadam livremente em condições semelhantes. “Também é crucial compreender melhor a importância destas considerações da mídia no que diz respeito à seleção e fertilização de espermatozoides”, diz Nosrati. “Planejamos realizar um estudo em animais para avaliar como tais propriedades podem influenciar a fertilização e o desenvolvimento embrionário na reprodução assistida, para informar futuras estratégias de tratamento para melhores resultados”.
Este trabalho foi apoiado pelo Projeto de Descoberta do Conselho Australiano de Pesquisa (ARC), pelo Conselho Nacional Australiano de Saúde e Pesquisa Médica e pela Universidade Monash.
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