超声波使懒惰精子复活，为男性不育带来希望

诸平

之前曾经写过“科学家发现女性不孕的主要原因”今天介绍来自澳大利亚莫纳什大学(Monash University, Clayton, Victoria, Australia)2024年2月16日提供的消息，一项新的研究发现，将“懒惰”的人类精子（"lazy" human sperm）暴露在超声波下，可以使它们的游泳活动增加三倍以上，并提高辅助生殖（assisted reproduction）的成功率，这为男性不育带来希望（Ultrasound jolts lazy sperm to life, offering hope in male infertility）。

莫纳什大学的工程研究人员表明，在800 毫瓦（800 mW）和40兆赫（40 MHz）的频率下接受20秒的超声波，精子活力(游泳能力)提高了266%，并将不活跃或不活动的精子（‘nonprogressive’ sperm）比例从36%降至10%。

这项技术可以快速、无创地治疗男性不育症，每35名男性中就有一人患有这种疾病，占所有生育问题的30%左右。2024年2月14日发表在《科学进展》（Science Advances）杂志网站上的这项研究，提出了一种有希望的治疗弱精子症的新方法。弱精子症是一种精子移动能力下降的疾病，也是男性生育能力下降的主要原因。相关研究结果详见：Ali Vafaie, Mohammad Reza Raveshi, Citsabehsan Devendran, Reza Nosrati, Adrian Neild. Making immotile sperm motile using high-frequency ultrasound. Science Advances, 2024, 10(7). DOI: 10.1126/sciadv.adk2864. 14 Feb 2024. https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adk2864

为了研究高频超声波的影响，莫纳什大学机械和航空航天工程系（Department of Mechanical and Aerospace Engineering）应用微流体和生物工程(Applied Microfluidics and Bioengineering简称AMB)实验室（AMB Lab）的研究人员构建了一个系统，将单个精子细胞捕获在微滴中，在显微镜下高速检查和拍摄时，它们可以暴露在超声波中。

莫纳什大学博士生、该研究的主要作者阿里·瓦菲伊（Ali Vafaie）说:“超声波不仅提高了精子的游动速度，而且还使近三分之二的低水平精子达到了高水平。在我们使用超声波之前，精子活力较低，但在超声波照射后，精子活力的增加幅度最大。我们从临床数据中得知，即使精子活力增加10%，怀孕率也会增加8%。”

最初，36%的精子被分级为不活动性(nonprogressive, C级)，38%的精子被分级为缓慢活动性(slow progressive, B级)，26%的精子被分级为快速活动性(rapid progressive, A级); 暴露超声波照射后，只有10%的精子仍然是C级，42%的精子是B级，48%的精子是A级。测试显示超声波对精子中DNA的完整性和生存能力没有有害影响。

AMB实验室主任雷扎·诺斯拉蒂博士（Dr Reza Nosrati）说:“超声波技术具有巨大的潜力，即使在最具挑战性的病例中也能提高成功率。”

雷扎·诺斯拉蒂博士说，精子活力的提高使得辅助生殖选择的使用侵入性更小，成功率更高，对后代健康的风险更低。精子活力是自然受精的核心，极大地影响成功受精的可能性和后代健康。精子活力每增加10%，妊娠率就会增加8%。在辅助生殖方面，高精子活力可以选择侵入性较小的治疗方案，具有更高的受精率、着床率和妊娠率;对后代健康的风险较低;并且具有成本效益。例如，在卵胞浆内单精子注射(intracytoplasmic sperm injection简称ICSI)中，精子活力与胚胎质量相关，注射活动精子而不是不活动精子使受精周期的成功率从20%增加到48%，使受孕率提高约25%。低精子活力也排除了使用较少侵入性的治疗方案，这些治疗方案试图模仿基于自然活力的精子选择过程。

雷扎·诺斯拉蒂博士说：“通过超声波使不活动的精子具有活动能力，使活动的精子更具活动能力，我们可以帮助更多的患者满足传统体外受精的最低要求，而不是更具侵入性和昂贵的选择，如卵胞浆内单精子注射(ICSI)，这需要使用非常细的针将单个精子注射到每个卵子中。”

超声暴露的影响，特别是在供体样本中看到的运动能力改善的一致性和持续时间，现在需要在因弱精子症（asthenozoospermia）而生育能力低下的男性精子上进行测试。

这项工作得到了澳大利亚研究委员会(Australian Research Council简称ARC: DP190100343, DP210103361)的资助。

上述介绍，仅供参考。欲了解更多信息，敬请注意浏览原文或者相关报道。

Abstract

Sperm motility is a natural selection with a crucial role in both natural and assisted reproduction. Common methods for increasing sperm motility are by using chemicals that cause embryotoxicity, and the multistep washing requirements of these methods lead to sperm DNA damage. We propose a rapid and noninvasive mechanotherapy approach for increasing the motility of human sperm cells by using ultrasound operating at 800 mW and 40 MHz. Single-cell analysis of sperm cells, facilitated by droplet microfluidics, shows that exposure to ultrasound leads to up to 266% boost to motility parameters of relatively immotile sperm, and as a result, 72% of these immotile sperm are graded as progressive after exposure, with a swimming velocity greater than 5 micrometer per second. These promising results offer a rapid and noninvasive clinical method for improving the motility of sperm cells in the most challenging assisted reproduction cases to replace intracytoplasmic sperm injection (ICSI) with less invasive treatments and to improve assisted reproduction outcomes.