Les chercheurs ont développé une formule mathématique basée sur le mouvement rythmique de la tête et de la queue d'un spermatozoïde, ce qui réduit considérablement les complexités de la compréhension et de la prédiction de la manière dont les spermatozoïdes font le difficile voyage vers la fécondation d'un ovule.

Chercheurs des universités de York, Birmingham, Université d'Oxford et de Kyoto, Japon, constaté que la queue du sperme crée un rythme caractéristique qui pousse le sperme vers l'avant, mais tire également la tête vers l'arrière et sur le côté de manière coordonnée.

La fertilité réussie dépend de la façon dont un spermatozoïde se déplace dans le liquide, mais capturer les détails de ce mouvement est une question compliquée.

L'équipe vise à utiliser ces nouvelles découvertes pour comprendre comment de plus grands groupes de spermatozoïdes se comportent et interagissent, une tâche qui serait impossible avec les techniques d'observation modernes. Le travail pourrait fournir de nouvelles perspectives dans le traitement de l'infertilité masculine.

Simplifier le problème

Dr Hermès Gadêlha, du Département de mathématiques de l'Université de York, dit :« Pour observer, à l'échelle microscopique, comment un spermatozoïde parvient à se propulser vers l'avant grâce à un fluide, des techniques microscopiques sophistiquées de haute précision sont actuellement employées.

"Les mesures du battement de la queue du sperme sont introduites dans un modèle informatique, ce qui permet ensuite de comprendre les schémas d'écoulement des fluides qui résultent de ce mouvement.

"Des simulations numériques sont utilisées pour identifier le flux autour du sperme, mais comme les structures du fluide sont si complexes, les données sont particulièrement difficiles à comprendre et à utiliser. Environ 55 millions de spermatozoïdes sont trouvés dans un échantillon donné, il est donc naturellement très difficile de modéliser la façon dont ils se déplacent simultanément.

"Nous voulions créer une formule mathématique qui simplifierait la façon dont nous abordons ce problème et faciliterait la prédiction de la façon dont un grand nombre de spermatozoïdes nagent. Cela nous aiderait à comprendre pourquoi certains spermatozoïdes réussissent et d'autres échouent."

Rythme coordonné

En analysant les mouvements de la tête et de la queue du sperme, les chercheurs ont maintenant montré que le sperme déplace le fluide d'une manière rythmique coordonnée, qui peut être capturé pour former une formule mathématique relativement simple. Cela signifie que des simulations informatiques complexes et coûteuses ne sont plus nécessaires pour comprendre comment le fluide se déplace lorsque les spermatozoïdes nagent.

La recherche a démontré que le sperme doit faire de multiples mouvements contradictoires, comme reculer, afin de le propulser vers l'œuf.

La queue en forme de fouet du sperme a un rythme particulier qui tire la tête vers l'arrière et sur le côté pour créer un écoulement de fluide saccadé, contrer une partie de la friction intense qui est créée en raison de leurs tailles réduites.

Miraculeux

Le Dr Gadêlha a déclaré :"C'est vrai quand les scientifiques disent à quel point il est miraculeux qu'un spermatozoïde atteigne un ovule, mais le corps humain a un système très sophistiqué pour s'assurer que les bonnes cellules se réunissent.

"Vous supposeriez que les mouvements saccadés du sperme auraient un impact très aléatoire sur le flux de fluide autour de lui, ce qui rend encore plus difficile la navigation des spermatozoïdes concurrents, mais en fait, vous voyez des motifs bien définis se former dans le liquide autour du sperme.

"Cela suggère que le sperme remue le fluide de manière très coordonnée pour atteindre la locomotion, pas trop différent de la façon dont les champs magnétiques se forment autour des aimants. Ainsi, bien que la traînée de fluide rende très difficile pour le sperme de faire un mouvement vers l'avant, il se coordonne avec ses mouvements rythmiques pour s'assurer que seuls quelques-uns sélectionnés parviennent à une propulsion vers l'avant."

Maintenant que l'équipe a une formule mathématique qui peut prédire le mouvement fluide d'un spermatozoïde, l'étape suivante consiste à utiliser le modèle pour des prédictions sur un plus grand nombre de cellules. Ils pensent également que cela aura des implications pour de nouvelles innovations dans le traitement de l'infertilité.

La recherche est publiée dans la revue Lettres d'examen physique .