Un tri automatique des spermatozoïdes avec un puce

La technologie brevetée et vivifiante du Laboratoire Technion Micro et Nano Fluidique (MNFL) offre un système automatisé considérablement amélioré permettant d'analyser, de trier et d'isoler de manière sûre, efficace et précise des spermatozoïdes rares.

Doctorant Sholom Shuchat

Sholom et Malky étaient nouvellement mariés et prêts à fonder une famille, mais après une année d’essais, rien ne s’était passé. Quelque chose se passait, et le jeune couple s'est retrouvé dans le mauvais côté des statistiques. Selon le département américain de la santé et des services sociaux. Aux États-Unis,de nombreux couples ont du mal à avoir un enfant et la moitié de tous ces cas seraient dûs à un problème de sperme. La première clinique a suggéré une intervention chirurgicale après que deux analyses (manuelles) du sperme n'aient révélé aucun problème au niveau du speme. Sholom et Malky se sont alors rendus dans deux autres cliniques jusqu'à ce qu'ils trouvent une clinique qui a systématiquement trouvé un petit nombre de spermatozoïdes. Ils ont maintenant deux beaux enfants. La grande variabilité entre les cliniques a motivé Sholom à poursuivre ses études de doctorat.

Gilad Yossifon, Ph.D., travaille dans le domaine de la microfluidique et de la technologie de laboratoire sur puce. Sholom Shuchat, étudiant du Technion, a mis au point une solution de laboratoire sur puce basée sur la diélectrophorèse (PED). La PED est un phénomène dans lequel une force est exercée sur une particule diélectrique lorsqu'elle est soumise à un champ électrique non uniforme. Cette force n'exige pas que la particule soit chargée car toutes les particules présentent une activité diélectrophorétique en présence de champs électriques. Les scientifiques de Technion ont identifié des comportements diélectrophorétiques distincts et indépendants de la tête et de la queue du sperme et envisagent de recruter ce potentiel pour le tri et l'isolement en toute sécurité de spermatozoïdes rares.

Gilad Yossifon

Les méthodes de tri / concentration de sperme existantes impliquent de choisir le meilleur sperme parmi un échantillon volumineux non trié ou un échantillon déjà trié / concentré. Ces méthodes permettent généralement de récupérer 40% ou moins des spermatozoïdes dans l’échantillon. Leur objectif est d’isoler un échantillon plus petit, de meilleure qualité, en éliminant les cellules sous-optimales et éventuellement fertiles mais imparfaites et immobiles. Cependant, ces méthodes sont inefficaces pour la recherche de spermatozoïdes dans des échantillons présentant des concentrations extrêmement faibles. Au lieu de cela, les spermatozoïdes sont recherchés manuellement au microscope. Cela conduit à une grande variabilité dans les résultats. Deux cliniques tireront des conclusions différentes lors de l'analyse du même échantillon. Ceci est particulièrement problématique pour les patients dont le sperme ne contient qu'une quantité infime de sperme, car ils sont souvent diagnostiqués comme étant azoospermiques ( pas de sperme) après seulement deux analyses de sperme. Un tel diagnostic peut souvent conduire à une intervention chirurgicale, qui ne détecte le sperme testiculaire que 50% du temps. De nouvelles recherches ont toutefois indiqué que, si la recherche initiale était plus longue, le sperme pouvait toujours être trouvé dans l'éjaculation de 65% des patients ayant été orientés vers une chirurgie.

La solution du Technion est basée sur un dispositif diélectrophorétique microfluidique qui offre une méthode automatisée pour récupérer ces spermatozoïdes rares et indispensables. Avec la méthodologie développée par le Technion de la PED, il a été découvert qu'à certaines fréquences, la tête et la queue du sperme avaient des propriétés électriques et des réponses distinctes. La queue est tirée sur les électrodes tandis que la tête, qui contient tout l'ADN, est simultanément repoussée. Les débris de l'échantillon (cellules mortes et autres types de cellules) sont également repoussés aux fréquences utilisées. Cela signifie que les spermatozoïdes peuvent être triés et isolés de l'échantillon tout en éloignant la tête des champs électriques potentiellement dangereux. Par rapport aux méthodes existantes, les puces microfluidiques jetables à faible coût présentent de nombreux avantages concurrentiels: sécurité; automatisation; possibilité de trier l'ensemble de l'échantillon non traité; exigences minimales d'équipement; et que cette méthode peut potentiellement isoler des spermatozoïdes rares, y compris immobiles, en distinguant même les spermatozoïdes immobiles et immobiles et morts.

L'azoospermie affecte 1% des hommes; 60% des cas sont dus à une azoospermie non obstructive nécessitant généralement une extraction du sperme testiculaire. Le coût de la chirurgie est compris entre 1 500 et 1 800 dollars. En plus de coûter environ cent fois moins cher, les patients souhaiteraient pouvoir éviter la possibilité d’une intervention chirurgicale inutile.

Figure 1 Schéma du principe de fonctionnement de l'appareil. Un mélange hétérogène de spermatozoïdes vivants (à la fois mobiles et immobiles), de spermatozoïdes morts (colorés avec un colorant fluorescent rouge - Iodure de propidium) et d'autres types de cellules pénètre dans le dispositif. Une électrode de focalisation les guide vers l'électrode de tri DEP. Qui trie les spermatozoïdes vivants (à la fois mobiles et immobiles) des spermatozoïdes morts et d'autres types de cellules dans l'échantillon de sperme, tels que les cellules endothéliales et les globules blancs. Les cellules indésirables et les débris sont repoussés par l’électrode et sortent par le canal supérieur pendant que les queues des spermatozoïdes vivants sont tirées sur les électrodes en les guidant vers un autre port de sortie. L'encart montre la distribution de l'intensité du champ électrique. Les champs sont les plus hauts dans l’intervalle entre les électrodes (en rouge). Cette région à haute intensité emprisonne la queue. La tête, en revanche, est éloigné des électrodes et se trouve dans la région bleu clair où l'intensité du champ est inférieure à un ordre de grandeur inférieur. Lorsque toutes les cellules passent l'électrode, son efficacité sera élevée, ce qui permettra d'isoler les spermatozoïdes rares.

Source : Technion T3

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