Kornelovi istraživači su kreirali genetski modifikovan model miša koji bi mogao da rasvetli uzroke ljudske neplodnosti i omogući istraživačima da istraže druge oblasti reprodukcije.
Rad, objavljen u Journal of Biological Chemistry, i koji će biti prikazan u Journal of Visualized Experiments, oslanjao se na model transgenog miša koji su razvili istraživači sa Bejker instituta za zdravlje životinja, koji je deo Fakulteta veterinarske medicine.
„Napravili smo ovaj model miša da bismo bolje razumeli funkciju spermatozoida, ali će nam takođe pomoći da bolje razumemo mehanizme neplodnosti kod ljudi“, rekao je Roj Koen, istraživač docent na Bejker institutu, koji je vodio razvoj modela miša. „Jednom kada odgovorite na neka od osnovnih pitanja u sistemu modela i dobijete bolju predstavu o tome kako stvari funkcionišu, tada imate početnu tačku da se pozabavite komplikovanim pitanjem ljudske neplodnosti.
Otkrivanje kako spermatozoidi prvo započinju proces oplodnje moglo bi da identifikuje nove mete za nehormonske kontraceptive ili da pomogne parovima koji se bore sa sopstvenom plodnošću.
Eksperimenti koji koriste novi model biće predstavljeni u demonstraciji snimljenoj na video snimku objavljenoj u Journal of Visualized Experiments. Časopis je zabeležio demonstraciju eksperimenata na Bejker institutu 6. novembra.
„Ovo je obećavajući novi istraživački resurs koji bismo voleli da podelimo sa drugim laboratorijama i zaista pružimo napredak na terenu u tome kako istražiti jedan od prvih koraka u oplodnji“, rekao je Koen.
Koen i dr Aleksandar Trevis, profesor reproduktivne biologije na Bejker institutu i koautor istraživanja, nastojali su da bolje razumeju ključni korak u procesu oplodnje. Fokusirali su se na akrosom – vezikulu u glavi sperme koja sadrži enzime koji se koriste za prodiranje u materijale koji okružuju jaje. Oslobađanje ovih enzima, kroz proces koji se zove egzocitoza, pokreće se promenom nivoa kalcijuma unutar sperme. Međutim, kako se tačno menja kalcijum i dešava egzocitoza, postalo je izvor naučne debate.
Tradicionalno gledište, nazvano „akrozomska reakcija“, tvrdi da šiljak kalcijuma pokreće akrosom da izbaci svoje enzime na način „sve ili ništa“, poput pucanja vodenog balona, kada sperma dođe u kontakt sa omotačem jajne ćelije.
Mnoge studije su ovu teoriju dovele u pitanje, a noviji model sugeriše složeniji proces u više koraka: kako sperma prolazi kroz želeolik oblak ćelija koji okružuje jaje, enzimi se postepeno oslobađaju, omogućavajući spermi da prođe kroz viskoznu sredinu, zatim omotač jajeta i na kraju membranu jajeta.
„Nekoliko laboratorija je pokazalo da je situacija komplikovanija od ovog modela eksplozivnog procesa kada sperma udari u omotač jajne ćelije“, rekao je Trevis. „Ali ako pogledate sve udžbenike, niko ne obraća pažnju na te studije, jer ljudi jednostavno vole ovu pojednostavljenu ideju reakcije akrozoma.
Cohen i Travis dizajnirali su svoj model sa fluorescentnim markerima koji su im omogućili da vizualizuju nivoe kalcijuma u spermi. Proteini unutar sperme svetle crveno kada su unutar akrozoma, dok zeleni sjaj ukazuje na porast kalcijuma. Ovo povećanje je potrebno da bi se pokrenula egzocitoza; zatim, kada sadržaj akrozoma počne da se oslobađa, to se primećuje gubitkom crvene boje.
Posmatrajući interakciju crvenih i zelenih senzora u spermi u realnom vremenu, istraživači su otkrili da se egzocitoza postepeno dešava unutar sperme, dodatno potkopavajući model „iskakanja vodenog balona“.
„Podaci koje smo dobili pomogli su da se vrlo jasno dokumentuje da je ovo komplikovaniji proces od one stare ideje o reakciji akrozoma“, rekao je Trevis. „Nismo prvi koji su rekli da postoji problem sa idejom o reakciji akrozoma. Ali sada ovaj miš nam omogućava da se odvojimo i vidimo ove različite korake u realnom vremenu.“
Istraživački tim će se sada fokusirati na ulogu specifičnih kalcijumskih kanala u ljudskoj spermi i način na koji oni regulišu i pokreću različite procese, uključujući egzocitozu akrozoma, rekao je Travis.
„Mnogi od istih molekula se nalaze u različitim vrstama, što sugeriše da su važni“, rekao je Travis. „Ali da li su to potpuno isti kanali kod miševa i ljudi? Da li su regulisani na isti način? Ovo su neka od pitanja koja treba da shvatimo.“
Kalcijumski kanali su, na primer, osetljivi na različite inhibitore, što bi moglo biti osnova za razvoj humanih kontraceptiva. Travis, Cohen i članovi njihove laboratorije sada sprovode istraživanja o ljudskoj spermi u pravcu ovog cilja.
„Aktivno se bavimo ne samo radom na mišu, već i pokušajem da napravimo razliku u ljudskom zdravlju“, rekao je Trevis.
