Investigadores de UNAM estudian estructura de esperma en 3D

CIUDAD DE MÉXICO., 10 de julio de 2019.- Con una novedosa técnica que permite seguir la trayectoria de células móviles en tres dimensiones, expertos de la UNAM observan al espermatozoide humano. 

Tener conocimiento básico sobre el movimiento de su flagelo podría servir para detectar fallas que le impiden fecundar al óvulo.

Con potencial en la investigación científica, este procedimiento ya se ha probado en el estudio de su cola para visualizar cómo se comporta, destacó Gabriel Corkidi, coordinador del Laboratorio de Imágenes y Visión por Computadora del Instituto de Biotecnología (IBt) unidad Morelos, y creador de este desarrollo.

Consiste en tomar miles de imágenes por segundo que permiten captar diferentes planos ópticos de las células colocadas en un dispositivo similar a una pecera, donde el espermatozoide se mueve libremente en tres dimensiones (3D).

Hasta hace poco se podía observar el nado de esta célula sólo en dos dimensiones, en cajas de Petri y con un microscopio. Al medir características como la velocidad cuando nadan libremente en un medio acuoso en 3D, se supo que lo hacen aproximadamente 30 por ciento más rápido que cuando su flagelo está restringido a una laminilla de vidrio.

El espermatozoide tiene que viajar a través del tracto genital femenino de forma libre y su movimiento es en 3D, “sería un error asumir que las características de movimiento vistas en el microscopio, en 2D, son cercanas a la realidad”, pero con la técnica de los universitarios es posible ver a esa célula comportándose de forma similar a como lo haría en su medio.

El espermatozoide es la célula reproductora masculina, formada por una cabeza que le permite entrar al óvulo y que contiene el ADN; la parte media, con mitocondrias que le suministran energía, y una cola o flagelo, para moverse hacia el óvulo.

La cabeza mide alrededor de cuatro micras y su flagelo unas 50 micras; su cabeza es entre dos y cinco veces menor que la mayoría de las células.

Pero el problema para analizarlo en 3D no es solamente su tamaño, sino la velocidad a la que mueven su flagelo.

“Puede oscilar entre cuatro y 25 veces por segundo, y eso es lo que hace complicado capturarlo digitalmente en 3D, pues es necesario tomar miles de imágenes mientras se hace el barrido del volumen por donde se mueve”, explicó.

El equipo de Corkidi usó un microscopio óptico al cual adaptó una cámara capaz de adquirir hasta ocho mil imágenes por segundo y un lente montada en un dispositivo de cristal de cuarzo que, al aplicarle un voltaje controlado, puede expandirse y contraerse a su estado original.

De esta manera, al aplicar el voltaje en forma de una onda oscilatoria el cristal se expandirá hasta 400 micras y se contraerá a la misma frecuencia del voltaje.

“Para ello hacemos oscilar la lente del microscopio 100 veces por segundo y tomamos miles de imágenes para captar diferentes planos ópticos a través del volumen en el que se mueve el flagelo en tres dimensiones.

Luego, computacionalmente hacemos la reconstrucción, animación y análisis 3D del flagelo”, precisó.

Por este trabajo, que inició en 2001, Corkidi y su equipo fueron galardonados en 2008 con el premio ‘Imaging Solutions of the Year’ en la categoría de ‘Microscopía’, por la revista Advanced Imaging.

“La aplicación de los conocimientos básicos que se generan podrían contribuir a desarrollar una tecnología para detectar fallas en el nado de estas células, que no se pueden observar con la tecnología actual”, subrayó el investigador del IBt.

Calcio intracelular, fundamental

Tras visualizar el nado en 3D, Corkidi y el equipo de Alberto Darszon Israel, también del IBt, lograron establecer por primera vez que el calcio intracelular del espermatozoide humano varía de forma sincronizada con el movimiento del flagelo.

El calcio contenido en diferentes regiones del espermatozoide tiene una relación directa con la forma en que nada y es particularmente importante en el flagelo.

De esta manera, si se logra entender cómo se relaciona este elemento dentro de la célula con su movimiento, será posible comprender algunas patologías que le impiden fecundar al óvulo.

“Además, podríamos aplicar este conocimiento a la creación de nuevos anticonceptivos que actúen sobre el espermatozoide”, finalizó el especialista.