Для Василия Канцлера момент озарения наступил, когда к нему в лабораторию неожиданно зашла его подруга. В настоящее время ученый из Сколтеха публикует результаты своего исследования в журнале eLife. Его эксперименты могут способствовать объяснению факторов, способствующих восходящему движению сперматозоидов к яйцеклетке, и, возможно, помочь мужчинам и женщинам, испытывающим проблемы с зачатием
"Был выходной день, и в лабораторию зашла моя подруга. “Ей стало скучно, и она попросила посмотреть в микроскоп на что-нибудь необычное," вспоминает 34-летний биофизик из России, "поэтому мне пришлось импровизировать. В лаборатории имелись только образцы спермы".
Затем произошло нечто интересное. В отсутствие каких-либо изменений температуры или использования химических веществ сперматозоиды поплыли против течения внутри специального канала. Казалось, что клетки сознательно принимают участие в этом невероятном спортивном состязании, которое веками озадачивало и очаровывало ученых.
“Это заставило меня призадуматься”, говорит Канцлер, "и мне в голову пришло интуитивное объяснение. Перемещаясь против потока вблизи поверхности раздела сред, где течение относительно невелико, головка клетки ощущает меньшее воздействие, чем кончик хвоста - вот та сила, которая направляет клетку против течения. Это больше напоминало механическое явление, нежели биологическое".
Следующей задачей стало преобразование его гипотезы в серию экспериментов. Канцлеру необходимо было объяснить механизм, обуславливающий целенаправленное перемещение сперматозоидов в темной фаллопиевой трубе и прохождение ими расстояния примерно в тысячу раз превышающего их собственную длину, причем в вязкой среде. Это путешествие начинают сотни миллионов клеток, но лишь немногие выносливые пловцы достигают пункта назначения - яйцеклетки. Они плывут вопреки всем трудностям и - против течения.
Канцлер, который в настоящее время принимает участие в годичной программе по подготовке преподавательских кадров в рамках инициативы МТИ Йорна Дункеля, профессора кафедры комплексных физических систем Кембриджского университета и члена Королевского Общества (FRS) Реймонда Голдштейна, а также главного эмбриолога британской клиники Боурн Холл Мартина Блейни. Пытаясь выяснить способности клеток, ученые создали целый ряд искусственных каналов различного размера и формы, в которые помещалась сперма. Используя сначала бычью сперму, а затем человеческую, ученым удалось добиться изменения движения жидкости по каналам и изучить реакцию клеток на различные скорости течения.
Они открыли, что при определенных скоростях потока клетки спермы могли весьма эффективно плыть против течения. “Если поток будет слишком быстрым, то клетки просто смоет, если слишком медленным, то механический эффект будет недостаточным”, говорит Канцлер. “Также мы выяснили, что жгутик сперматозоида имеет асимметричную форму, что приводит к дополнительному поперечному перемещению”.
Это объясняет тот факт, что сперматозоиды плывут против течения не прямолинейно, а совершая в канале спиралевидное движение. По мнению ученых, их эксперименты объясняют, за счет чего сперматозоиды могут преодолевать такие значительные расстояния перед тем, как они приблизятся вплотную к яйцеклетке и начнут обнаружение химических сигналов в фаллопиевой трубе. “Мы все чрезвычайно взволнованы этим событием. Поток жидкости имеется всегда, и поэтому клетки знают, куда им необходимо двигаться. Возможно, нам удалось найти объяснение этого важнейшего механизма".
Канцлер считает, что результаты проведенных группой исследований могут стать источником перспективных идей для лечения как мужчин, так и женщин с целью упрощения зачатия для бездетных пар. "Это могло бы помочь как мужчинам с малым числом сперматозоидов, так и женщинам, страдающим недостатком биологических жидкостей. Обычно проблема возникает при сочетании этих факторов".
"Другая возможность заключается в том, что поскольку найден способ контроля стволовых клеток, можно попытаться разделить клетки и выбрать из них имеющие лучшие способности к плаванию. Можно разделить различные клетки, проанализировать их ДНК и выяснить, насколько генетический код связан с подвижностью сперматозоидов и их способностью к перемещению".
Что вы покажете знакомой во время ее следующего неожиданного визита?
“Возможно, устройство под названием сперматрон”, улыбается он. “Это аппарат, в котором мы объединяем клетки и повышаем их концентрацию для изучения коллективного поведения и возникающих при этом закономерностей. Это весьма увлекательно".
Справочная информация:
Сколковский институт науки и технологий (Сколтех) – негосударственный образовательно-исследовательский институт, который находится в Сколково (Россия, Московская область). Созданный в 2011 году при участии Массачусетского технологического института (MIT), Сколтех готовит новые поколения исследователей и предпринимателей, продвигает научные знания и содействует технологическим инновациям с целью решения важнейших проблем, стоящих перед Россией и миром. Институт строит свою работу, опираясь на лучшие традиции российских и международных образовательных и исследовательских практик, делая особый акцент на предпринимательской и инновационной деятельности.
