Miglioramento dei trattamenti di IVF dagli spermi di rappresentazione


News-Medical spoke to Professor Natan Shaked about his new sperm cell imaging technique that could be used to help improve the outcomes of IVF treatments.Thought LeadersProfessor Natan ShakedAssociate ProfessorTel Aviv University

Perché avete scelto di ricercare gli spermi e IVF?

La mia carriera accademica altamente è stata gravitata verso la ricerca del romanzo, eppure altamente pragmatico, modalità microscopiche ottiche della rappresentazione 3D per le applicazioni biomediche, con un fuoco sulla rappresentazione senza macchia 3D delle celle biologiche in vitro.

Di vari domini dell'applicazione per queste tecnologie, IVF è molto prominente dove uno vorrebbe ottenere “molto più„ informazioni sulle celle osservate, mentre minimizzando il danneggiamento di queste celle.

Poichè un confronto, in patologia tipica, voi è libero di usare la macchiatura dei prodotti chimici sul campione biologico, come dopo l'analisi, il campione è eliminato o archivato, ma mai non è utilizzato indietro nel corpo umano.

IVF

Credito di immagine: Maxx-Studio/Shutterstock.com

Che cosa è IVF?

Nella sua definizione più stretta (e più accurata), IVF convenzionale (fertilizzazione in vitro) è una procedura dove l'uovo femminile è collocato dentro una capsula di Petri insieme ad una grande popolazione degli spermi e di un certo media complementare e fertilizzazione dell'uovo da uno degli spermi è anticipato per avere luogo.

Il tipo più avanzato e più prevalente di IVF è conosciuto come ICSI (iniezione intracitoplasmica dello sperma), come alcuni studi hanno indicato una maggior probabilità di fertilizzazione quando direttamente seleziona ed iniettando un singolo spermio nell'uovo. Queste procedure si riferiscono al dominio generale di ARTE (tecnologie artificiali della riproduzione).

Come avete messo a punto un metodo sicuro ed accurato della rappresentazione 3D di riflettere il movimento e la qualità dello spermio?

Abbiamo sviluppato le impostazioni olografiche cliniche che possono prevedere le diverse celle biologiche senza macchiare con il grande contrasto ed otteniamo molto più informazioni che possibili con la macchiatura del regular (che non è permessa in IVF o in ICSI).

L'olografia usa l'interferenza ottica di un raggio del campione con un raggio di riferimento per registrare la mora di indicatore luminoso che passa attraverso il campione e rende così il contrasto quantitativo contrassegno contrassegno nell'immagine.

Questo modo, registriamo il fronte d'onda completo del campione che contiene la mappa ottica di spessore, o la mappa di OPD (mora ottica del percorso) della cella, di modo che ad ogni punto su questa mappa, OPD è uguale alla totalità dei valori di indice di rifrazione attraverso lo spessore delle cellule.

Abbiamo usato un raggio luminoso molto debole per evitare danneggiare il materiale genetico.

La figura sotto le immagini dei presente degli spermi acquistati nel mio laboratorio, che dimostra le differenze fra le informazioni qualitative ha fornito da microscopia del campo, (BFM) anche se usando dal contrassegno o dalla macchiatura luminoso migliorare il contrasto, la microscopia differenziale di contrasto (DIC) di interferenza, che è una delle tecniche di rappresentazione qualitative comunemente usate di fase e l'olografia, o la microscopia interferometric di fase (IPM), che permette le misure quantitative dello spessore ottico della cella su tutti i sui punti.

I valori sulla mappa topografica di OPD sono proporzionali alla densità di superficie di massa asciutta della cella imaged, che è un esempio di un parametro cellulare che non è stato a disposizione dei clinici finora.

Rappresentazione degli stessi spermi con i metodi qualitativi tipici di microscopia e con l'IPM quantitativo (olografia), fornente la mappa topografica di OPD, come ottenuta in mio gruppo. La barra dei colori a destra rappresenta i valori di OPD nel nanometro, per l'immagine olografica. BFM = microscopia luminosa del campo. DIC = contrasto differenziale di interferenza, IPM = microscopia Interferometric di fase (olografia).

L'olografia, è basata generalmente su una tecnologia matura per la percezione di fronte d'onda. Tuttavia, fino ad oggi non potrebbe essere applicata in cliniche dovuto la sua voluminosità, la non trasferibilità ed il requisito delle abilità ottiche specifiche allinearlo ed usare.

Durante gli ultimi anni, abbiamo fatto gli sforzi significativi e siamo riuscito per rendere questi sensori di fronte d'onda accessibili per uso clinico diretto.

Usiamo i moduli compatti e portatili che possono essere connessi ai microscopi attuali del laboratorio e fornire i dati olografici agli stessi, o persino la migliore qualità, confrontata a questi forniti dalle impostazioni molto più ingombranti e costose.

Effettivamente, facendo uso di queste impostazioni, abbiamo indicato che le impostazioni olografiche clinica-pronte inscatolano gli spermi di immagine con contrasto eccellente senza macchiare, possedendo il potenziale per la rilevazione della frammentazione del DNA in spermi senza macchiare come pure virtualmente la macchiatura loro, significando mostrando le celle come chimicamente sono state macchiate (documento recente di PNAS).

L'olografia fornisce appena una mappa topografica di OPD. Non ha una capacità di divisione intracellulare e non può fornire l'immagine del x-y-z 3D.

Per permettere la visualizzazione dell'immagine completa 3D, la tomografia interferometric è usata, dove molte proiezioni olografiche dagli angoli multipli sono raccolte ed elaborate per generare la mappa di indice di rifrazione 3D.

Per permettere la raccolta delle proiezioni olografiche per gli angoli di visione multipli, ci sono due approcci: girando l'intero campione o scansione dell'illuminazione.

Tuttavia, nessuno di questi metodi possono fare fronte al problema di ottenere la rappresentazione contrassegna contrassegno ad alta definizione 3D delle celle dinamiche ultrarapide, come gli spermi che nuotano liberamente dalla rotazione del campione o l'illuminazione richiede tempo.

Nella nostra scienza recente avanza il documento, abbiamo presentato la prima tomografia interferometric ad alta definizione per acquisizione 3D di intero spermio (testa con gli organelli e la coda) durante la nuotata libera e senza macchiatura delle cellule.

Abbiamo raggiunto l'entrambe profilo di indice di rifrazione 3D della testa dello sperma, rivelante i sui organelli interni fini e del tempo variante l'orientamento e (spazio e tempo) la localizzazione dettagliata 4D della coda sottile e altamente dinamica dello spermio.

La tomografia della testa dello sperma è basata sul fatto che lo sperma gira naturalmente la sua testa durante la nuotata libera, in modo da ci dà una possibilità “libera„ per registrare le sue proiezioni olografiche. Questo metodo ha grande potenziale per sia le analisi biologiche che l'uso clinico degli spermi intatti poiché fornisce la rappresentazione dinamica 3D (o 4D).

Si vedano le figure qui sotto.

immagine dello sperma 4D: acquisizione 3D di uno spermio durante la nuotata libera senza macchiare.
Tariffa di acquisizione: 2000 fotogrammi del secondi, durata: mezzo secondo.

Visualizzazione degli organelli interni dello spermio, che può essere discriminato dai valori del loro indice di rifrazione (RI). Ciò è fatta durante la nuotata dello sperma e senza macchiarla.

Che vantaggi il vostro nuovo metodo della rappresentazione ha sopra altre tecniche di rappresentazione precedentemente utilizzate in IVF?

Per quanto riguarda le nostre tecniche olografiche regolari, il WHO (organizzazione mondiale della sanità) ed il clinici e la comunità scientifica di medicina riproduttiva hanno caratterizzato piuttosto esattamente la struttura interna “di buoni„ spermi; eppure per potere valutare se gli spermi aderiscono a questi criteri, uno dovrebbe chimicamente macchiare le celle e dal quel, le rende inadatte per uso in IVF.

La nostra tecnica olografica permette che l'embriologo abbia tutte informazioni che sono richieste per l'applicazione dei criteri del WHO come pure informazioni molto più perspicaci sui diversi spermi che sono osservati, quale il livello di frammentazione del DNA.

Ora siamo ancora migliori di questo, dal nostro approccio tomografico fornisce l'acquisizione completa della dinamica dello sperma 3D (e di non appena una proiezione olografica). L'analisi può o essere fatta manualmente dall'embriologo o automaticamente, dal computer.

Dalle immagini 4D degli spermi, che sono fertilizzazione scelta, ora sono registrati (contrariamente alla pratica comune oggi) ed essi contengono molti nuovi parametri, quali i volumi dell'organello dello sperma e la sua dinamica completa 3D, un database degli spermi può essere sviluppato, analizzato in profondità imparando e poi è usato per studiare le ragioni di successo/errore delle coppie, che stabilisce un nuovo strumento personale della medicina.

Perché è importante che la prova della rappresentazione è sicura per uso sugli spermi?

Ci sono linee guida regolarici molto rigorose sulla sicurezza ai gameti (cioè uova e spermi) che è inteso per essere usato per creare gli embrioni in vitro, come chiaramente, questi eventualmente si trasformerebbero nei bambini.

Perché la macchiatura degli spermi non è permessa in IVF?

Ci sono tipi differenti delle macchie, eppure, macchianti potrebbero avere bisogno di “di uccidere„ lo spermio, rompendo la sua membrana esterna alla permeazione (cioè penetri) con l'agente di contrassegno particolare ed internamente legatura alla molecola dell'obiettivo, che può essere una proteina nel nucleo, nell'acrosomiale, nel citoplasma, ecc.

Ancora, le procedure umane di IVF non concedono tipicamente usando neppure le tinture fluorescenti per gli spermi in tensione dovuto il rischio di danno del materiale genetico dello sperma.

Perché è la qualità dello sperma così importante nei trattamenti di IVF?

La migliore selezione dello sperma provocherà le migliori tariffe e risultati di gravidanza. I risultati clinici stanno ad un nato vivo da circa sei cicli di IVF.

Tipicamente, tutte le uova sono fertilizzate dagli spermi in un trattamento medio di IVF a causa del loro piccolo numero (intorno dieci uova), ma la selezione determinata dello sperma da milioni è nel cuore di un trattamento medio di IVF ed ha un impatto medico, finanziario, emozionale, sociale e come una carriera sulle coppie che provano a trasformarsi in in genitori. Ogni spermio provoca una persona differente se la gravidanza riesce.

Lo sperma molto determinato che finalmente fertilizzerebbe l'uovo è creduto di avere appena come ruolo importante nella determinazione del destino della gravidanza, come questa dell'uovo. La cultura tipica dell'embrione dei 3 o 5 giorni, permetterebbe soltanto un'occhiata parziale “della qualità„ completa dell'embrione e delle sue probabilità rendere il nato vivo.

Ci sono, effettivamente, tecniche relativamente nuove che stanno impiegande come sostituzione per l'amniocentesi, che tipicamente è definita PGD o PGS, eppure principalmente sarebbero adeguate provare ed identificare i tratti genetici specifici, in modo da questi sviluppi non fanno concorrenza ma piuttosto si completano.

Inoltre, non vogliamo affrontare una situazione in cui tutte le uova in un ciclo di IVF sono fertilizzate dagli spermi disertati.

ICSI

Credito di immagine: nobeastsofierce/Shutterstock.com

Come questo metodo aiuterà nel miglioramento dei trattamenti futuri di IVF?

Crediamo che appena poichè tutto l'embriologo oggi avrebbe utilizzato il suo microscopio standard per esaminare il modo nuotate di uno spermio del candidato o è generalmente a forma di, in un futuro non troppo lontano, stessimo vedendo molti embriologi applicare la selezione completa degli spermi del candidato prima determinato dell'iniezione loro nelle uova recuperate.

Avanzi giù la strada, intendiamo generare un database completo delle immagini senza macchia 3D dello spermio ed insieme alle immagini dell'embrione ed alle informazioni cliniche di risultato ed usando profondo-imparando le metodologie, pavimenti la strada per la selezione AI basata dello sperma di grande dati di prossima generazione.

Credete che la vostra tecnica di rappresentazione potrebbe aiutare nella diagnostica dei problemi maschii di fertilità?

Uno su sei coppie soffre dai problemi di fertilità. È creduto solamente che 1/3 di tutti i casi della sterilità sia solamente dovuto il malfattore, 1/3 di femminile-fattori e il 1/3 rimanente si combina.

La valutazione clinica se il caso è in uno di questi gruppi è arrivata solitamente a, seguendo alcune prove di laboratorio sistematiche e cliniche eseguite con le coppie compreso l'analisi dello sperma.

La nostra tecnica è basata sulla rappresentazione senza macchia unica e diretta degli spermi con una stazione di lavoro livellata clinica.

Nel nostro studio, abbiamo cercato di sviluppare un assolutamente nuovo tipo di tecnologia dell'immagine che avrebbe fornito tante informazioni come possibile circa gli spermatozoi ed avrebbe permesso alla selezione degli spermatozoi ottimali nei trattamenti di fertilizzazione. Come spiegato sopra, abbiamo scelto la tomografia olografica.

Facendo uso della nostra tecnica, crediamo che una prova rapida, economica e semplice possa affermare o negare queste spiegazioni potenziali per la sterilità.

In nostro documento della sterilità e di fertilità, abbiamo indicato che possiamo fare buon quanto il protocollo (WHO) dell'organizzazione mondiale della sanità per le celle della macchia, ma senza macchiare. E questo era appena usando una singola proiezione olografica.

Co-ho fondato, insieme al CEO Alon Shalev, una società nominata QART medico, che si pensa che portasse questa tecnologia alle cliniche nei 2 anni futuri. Nella società, abbiamo costruito parecchi commputer clinici della rappresentazione dello sperma e ci pensiamo che iniziamo i test clinici presto.

Ora, siamo ancora migliori poiché abbiamo un metodo molto rapido della rappresentazione 3D per l'intero sperma (capo e coda), senza macchiare. Così possiamo riferire la dinamica dello sperma 3D alla sua morfologia e capire i meccanismi nell'organismo della donna della selezione dello sperma.

Che cosa sono i punti seguenti nella vostra ricerca?

Abbiamo sviluppato parecchi prototipi di funzionamento nel mio laboratorio per la rappresentazione olografica nelle impostazioni cliniche, migliaia imaged di spermi, analizzati loro ed abbiamo eseguito le varie analisi tramite gli embriologi clinici con esperienza, dato che la nostra convalida di tecnica (vedi le pubblicazioni qui sotto).

Vogliamo potere portare appena possibile questa tecnologia alle cliniche, che concederanno usando per IVF e ICSI umani.

Facendo uso della nostra tecnica di rappresentazione recente 4D, pianificazione studiare i comportamenti dinamici dello sperma in vari scenari, per sviluppare un modello biofisico e biomeccanico unificato che connette la morfologia, il movimento ed i contenuti dello sperma 3D.

Egualmente pianificazione controllare le capacità complete della nostra nuova tecnica di rappresentazione senza macchia 4D nella rilevazione dei dettagli morfologici vari che non potrebbero essere individuati finora durante IVF e il ICSI e quantificare la loro importanza clinica come pure controllo la nostra capacità di tecnica nella misurazione del livello di frammentazione del DNA in spermi.        

Dove possono i lettori trovare più informazioni?

Gruppo di ricerca: www.eng.tau.ac.il/~omni

Società: www.qart-medical.com

Articoli scientifici pertinenti specifici:

  • G. Dardikman-Yoffe, S.K. Mirsky, I. Barnea e N.T. Shaked, “acquisizione ad alta definizione 4-D liberamente di nuoto degli spermi umani senza macchiare,„ avanzamenti di scienza, volume 6, no. 15, eaay7619, 2020 [PDF, stuoia supp., video 1, video 2, video 3, video 4, video 5] [collegamento].
  • Y.N. Nygate, M. Levi, S.K. Mirsky, N.A. Turko, M. Rubin, I. Barnea, G. Dardikman-Yoffe, M. Haifler, A. Shalev e N.T. Shaked, “macchiatura virtuale olografica delle celle biologiche diverse,„ atti dell'Accademia nazionale delle scienze U.S.A. (PNAS), 2020 [PDF] [collegamento].
  • M. Haifler, P. Girshovitz, G. Band, G. Dardikman, I. Madjar e N.T. Shaked, “microscopia Interferometric di fase per la valutazione morfologica contrassegna contrassegno degli spermi,„ della fertilità e della sterilità, volume 104, emissione 1, pp. 43-47, 2015 [visualizzazione].
  • I. Barnea, L. Karako, S.K. Mirsky, M. Levi, M. Balberg e N.T. Shaked, “correlazione interferometric senza macchia di microscopia di fase con la macchia di frammentazione del DNA in spermatozoi umani,„ giornale della biofotonica, volume 11, e201800137, pp.1-10, 2018 [collegamento].
  • P. Jacob Eravuchira, S.K. Mirsky, I. Barnea, M. Levi, M. Balberg e N.T. Shaked, “selezione determinata dello sperma dal microfluidics integrato con microscopia interferometric di fase,„ metodi, volume 136, pp. 152-159, 2018 [collegamento].
  • S.K. Mirsky, I. Barnea, M. Levi, H. Greenspan e N.T. Shaked, “hanno automatizzato l'analisi di diversi spermi facendo uso di microscopia e dell'apprendimento automatico interferometric senza macchia di fase,„ parte A, Volume 91, emissione 9, pp. 893-900, 2017 di Cytometry [collegamento].
  • M. Balberg, M. Levi, K. Kalinowski, I. Barnea, S. Mirsky e N.T. Shaked, “hanno localizzato le misure dei parametri fisici all'interno degli spermi umani ottenuti con l'interferometria del ampio-campo,„ giornale della biofotonica, volume 10, emissione 10, 1305-1314, 2017 [collegamento].

Circa il professor Natan Shaked

Prof. Natan T. Shaked è un professore associato impiegato di ruolo ed il Direttore della microscopia, del Nanoscopy e del gruppo di ricerca ottici biomedici di interferometria (OMNI) (www.eng.ac.il/~omni), un grande gruppo di ricerca che è una parte del dipartimento di assistenza tecnica biomedica e del centro nano dell'università di Tel Aviv, Tel Aviv, Israele.

Individuato su tre spazi del laboratorio, il gruppo realizza la ricerca pluridisciplinare che comprende la rappresentazione ottica e che percepisce nei sistemi biologici. Fino ad aprile 2011, prof. Shaked era un assistente universitario visualizzante nel dipartimento di assistenza tecnica biomedica alla Duke University, Durham, North Carolina, U.S.A.Il professor Natan Shaked

Shaked ha gradi di BSc, del MSc e di Ph.D. in elettrico e ingegneria informatica. Prof. Shaked è il co-author di più di 80 documenti arbitrati del giornale ed atti del congresso 150, vari prenotano i capitoli, i brevetti e un libro modificato.

Sta presiedendo la rappresentazione Contrassegna Contrassegno di SPIE e sta percependo la conferenza annuale (LBIS) all'ovest di fotonica di SPIE, San Francisco, U.S.A. ed il co-fondatore della srl medica di QART (www.qart-medical.com). Prof. Shaked ha estratto molti sussidi per la ricerca prestigiosi compreso la concessione personale di HORIZON2020 ERC, che ha costituito un fondo per questa ricerca.

Citations

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