Los investigadores desarrollan un chip microfluídico rápido y barato para la clasificación de esperma

El tracto genital femenino puede ser un entorno hostil para la concepción. De unos 100 millones de espermatozoides, sólo unos cientos llegan a las trompas de Falopio. Guiados por un movimiento direccional llamado reotaxis, los espermatozoides nadan contra el flujo del moco cervical para llegar al óvulo y fecundarlo. Este viaje, sin embargo, es aún más crítico cuando se considera la infertilidad. La motilidad de los espermatozoides -la capacidad de nadar de forma correcta- es clave.

Aprovechando este comportamiento natural de retaxis de los espermatozoides, los investigadores de la Facultad de Ingeniería e Informática de la Florida Atlantic University han desarrollado un chip de microfluidos para la clasificación de espermatozoides que es rápido, barato, fácil de manejar y aísla eficazmente los espermatozoides sanos directamente del semen. Y lo que es más importante, recoge sin esfuerzo los espermatozoides clasificados de la cámara colectora minimizando la contaminación por espermatozoides deformados o muertos.

Las tecnologías de reproducción asistida, como la fecundación in vitro (FIV), la inseminación intrauterina y la inyección intracitoplasmática de espermatozoides, requieren que los espermatozoides estén sanos para obtener un resultado satisfactorio. Los métodos actuales de centrifugación para la selección de espermatozoides requieren múltiples pasos, varios tipos de equipos y tardan unas dos horas en aislar los espermatozoides. Estos métodos dañan los espermatozoides durante el procesamiento e inducen una fragmentación significativa del ADN y estrés oxidativo.

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Los resultados del estudio, publicado en la revista Analyst of the Royal Society of Chemistry, mostraron que los espermatozoides aislados de la cámara colectora en este chip microfluídico presentaban una motilidad significativamente mayor (casi el 100%), un mayor número de células morfológicamente normales y una fragmentación del ADN sustancialmente menor, que es un parámetro crucial para el proceso de fertilización. Además, el chip desarrollado proporciona más que suficientes células necesarias para una inyección intracitoplasmática de esperma exitosa debido a la cantidad y calidad de los espermatozoides aislados utilizando el chip.

El funcionamiento de nuestro chip es muy sencillo. Una vez cargado el semen en la cámara de entrada de muestras, los espermatozoides competentes comienzan a moverse en contra del flujo de fluido hacia la cámara de recogida, desde donde pueden ser fácilmente recogidos. Además, este chip ofrece una ventaja operativa de un solo paso y una hora, que un operador puede utilizar con una formación mínima".

Waseem Asghar, doctor, autor principal, profesor asociado del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la FAU y miembro del Instituto de la FAU para la Salud Humana y la Intervención en Enfermedades (I-Health) y del Instituto de la FAU para la Ingeniería de Sistemas de Redes Embebidas y Sensores (I-SENSE)

El estudio también valida que la reotaxis selecciona los espermatozoides sanos, móviles y de mayor velocidad para el proceso de fecundación.

"El montaje del chip microfluídico es de bajo coste, y los reactivos utilizados en el chip para separar los espermatozoides son de sólo unos pocos mililitros, por lo que el coste comercial del chip sería inferior a 5 dólares", dijo Asghar. "Además, esta tecnología reducirá considerablemente la carga económica de las implantaciones de fertilidad y tanto el chip como los espermatozoides aislados en él ofrecen una gran importancia y aplicabilidad clínicas."

El chip microfluídico consta de cuatro cámaras cilíndricas que están conectadas a través de los microcanales. Las cuatro cámaras son la cámara de entrada de fluidos, la cámara de recogida, la cámara de entrada de muestras y la cámara de recogida de residuos. El canal entre la cámara colectora y la de entrada de la muestra contiene microranuras para guiar a los espermatozoides además del flujo de fluido para el movimiento de reotaxis de los espermatozoides hacia la cámara colectora.

La tensión de cizallamiento dentro del dispositivo se genera mediante el flujo de fluido utilizando una bomba de jeringa. A continuación, se añade una muestra de semen sin procesar a la cámara de entrada de la muestra, desde donde los espermatozoides funcionales nadarán hacia la cámara de recogida, separándose eficazmente de los espermatozoides muertos e inmóviles.

La centrifugación convencional suele comprometer la integridad de los espermatozoides. Este estudio de investigación demuestra que el chip microfluídico desarrollado por el profesor Asghar y sus colegas elimina este problema. Esta novedosa tecnología ofrece una plataforma en la que los espermatozoides experimentan diferentes tensiones de cizallamiento en distintas partes del chip, lo que facilita el aislamiento de espermatozoides competentes sin afectar a su integridad".

Dra. Stella Batalama, Decana de la Facultad de Ingeniería e Informática

En Estados Unidos, se calcula que el 15% de las parejas tienen problemas para concebir. En todo el mundo, aproximadamente 48,5 millones de parejas sufren infertilidad. Según los Centros de Control y Prevención de Enfermedades de EE.UU., el 12% de las mujeres en edad fértil han recurrido a un servicio de infertilidad. Los costes del tratamiento de la infertilidad pueden oscilar entre 5.000 y 73.000 dólares. La paciente media pasa por dos ciclos de FIV, con lo que el coste total de este procedimiento, incluidos los medicamentos, oscila entre 40.000 y 60.000 dólares. Se calcula que el 85% de los costes de la FIV se pagan a menudo de su propio bolsillo.