doi: 10.15389/agrobiology.2017.2.232rus
УДК 636.082:591.463.1:57.086/.087
НОВЫЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА СПЕРМЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
СИСТЕМЫ CASA (сomputer-assisted sperm analysis)
K. СОЛЕР1, 2, A. ВАЛВЕРДЕ1, 3,
Д. БОМПАРТ2,
С. ФЕРЕЙДОНФАР2, M. САНЧО2, Х.Л. ЯНИЗ4,
A. ГАРСИА-МОЛИНА1, 2 , Ю.А. КОРНЕЕНКО-ЖИЛЯЕВ5
Анализ спермы составляет основу определения оплодотворяющей способности племенного производителя. Кроме того, число доз осеменения в одном эякуляте зависит от показателей спермы. Андрология стала одной из первых областей в медицине, где цифровые технологии анализа изображений нашли применение при оценке состояния половых путей и функции спермиев. Их совершенствование расширяет возможности применения разрабатываемых систем в медицинской практике или животноводстве. В системах ISAS®PBos («PROISER — Projectes i Serveis R+D S.L.», Испания) анализ семени включает определение количества, подвижности и морфологии спермиев. С учетом размеров спермиев, оптимальной скорости передачи и обработки изображений разрабатываются системы для двумерного анализа подвижности сперматозоидов у разных видов животных. Система ISAS®PBos подсчитывает процент морфологических аномалий на основании изображений, полученных для оценки подвижности, и позволяет определять оптимальное число спермодоз в эякуляте. Выявление морфологических различий спермиев у разных пород, а также наличия структурированных субполяций спермиев в эякуляте выводит исследования в области репродуктивной биологии на следующий уровень и открывает новые перспективы для практики разведения животных. При изучении спермиев на субпопуляционном уровне применяется многомерная статистика, которая базируется на анализе главных компонент. В статистическом оценивании и математическом моделировании предлагается использовать байесовский подход, на основании которого в ближайшее время будет разработан математический инструментарий для оценки качества спермы. Существенные недостатки распространенных ранее методов связаны с изменениями естественной подвижности клеток в счетных камерах и нативной формы и размеров сперматозоида в процессе подготовки препаратов (обезвоживание, фиксация, мечение и монтаж). Эти проблемы снимаются при работе с новыми системами — ISAS® 3DTrack и Trumorph® для определения соответственно подвижности и морфологии сперматозоидов. ISAS® 3DTrack (лазерный микроскоп без линз) с глубиной резкости около 100 мкм позволяет получать трехмерное изображение треков движения клеток, что является большой инновацией. По технологии Trumorph® при негативном фазовом контрастировании можно получать изображения с высоким разрешением и выявлять особенности морфологии спермиев у многих видов животных. Комплект ISAS® 3Fun с набором для окрашивания ISAS® 3Fun kit и соответствующим программным обеспечением позволяет четко различать спермии с неповрежденной клеточной оболочкой и акросомой, что имеет важнейшее функциональное значение.
Ключевые слова: сперматозоиды, подвижность, морфология, оплодотворяющая способность, субпопуляции, компьютерные системы анализа спермы, статистическая обработка.
NEW METHODS OF SEMEN ANALYSIS BY CASA
C. Soler1, 2, A. Valverde1, 3, D. Bompart2, S. Fereidounfar2,
M. Sancho2, J.L. Yániz4,
A. García-Molina1, 2,
Yu.A. Korneenko-Zhilyaev5
Semen analysis constitutes the base for the establishment of fertility of a male. In addition, the number of insemination doses to produce from an ejaculate depends on the defined sperm characteristics. As soon as image analysis techniques were applied to biological problems the andrology was one of the first fields benefited both in the evaluation of genital track and sperm function. The improvement of image analysis expands possibilities of using developed systems in medical practice and animal husbandry. In ISAS®PBos («PROISER — Projectes i Serveis R+D S.L.», Spain) the semen analysis done includes concentration, motility and morphology. The systems with optimal rate of frame capture and transmission at images processing are developed for a two-dimensional analysis of spermatozoa motility in different species with regard to the spermatozoa sizes. ISAS®PBos calculates the percentage of morpho-abnormalities analysing the presence of cytoplasmic droplets and coiled tails base on the images used for motility analysis, and allows calculation of the optimal number of doses to produce from a particular ejaculate. Breed-dependent morphological diversity of spermatozoa found in different species, and a disclosure of structured subpolations of spermatozoa in the ejaculate, lead reproductive biology to the next level and open new prospects for the practice of animal breeding. In the study of spermatozoa at the subpopulation level the multivariate statistics which is based on an analysis of the principal components is applicable. In statistical estimation and mathematical modeling, it is proposed to use the Bayesian approach, on the basis of which a mathematical toolkit for estimating sperm quality will be developed in the near future. Essentially, the shortcomings of the early methods used for semen analysis are due to modifications of real motility of germ cells in counting chambers and the real shape and size of the spermatozoa under dehydration, fixation, staining and mounting. ISAS® 3DTrack and Trumorph® for estimation of sperm motility and morphology, respectively, avoid the limitations. ISAS® 3DTrack device, a lensless laser microscope, allows the analysis in a depth around 100 μm. Moreover, the analysis of the correspondent hologram allows the analysis of track in three dimensions what is also a big novelty. Trumorph® technique offers the maximum projection of the cells making it possible to obtain images of high resolution and definition of cells components in a wide range of species, including bull. ISAS® 3Fun with ISAS®3Fun kit and the correspondent software for automatic analysis is a new method enables a clear distinction of spermatozoa with intact plasmalemma and acrosome which are essential for sperm function.
Keywords: spermatozoa, motility, morphology, fertility, subpopulations, computer-assisted sperm analysis, statistical analysis.
1Departament de Biologia Cellular, Biologia Funcional |
Поступила в редакцию |
