Новые методы анализа спермы с использованием системы CASA (сomputer-assisted sperm analysis)

Автор: Солер К., Валверде А., Бомпарт Д., Ферейдонфар С., Санчо М., Яниз Х.Л., Гарсиа-молина А., Корнеенко-жиляев Ю.А.

Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology

Рубрика: Фундаментальные и практические аспекты: мини-обзоры

Статья в выпуске: 2 т.52, 2017 года.

Бесплатный доступ

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.

Еще

Сперматозоиды, подвижность, морфология, оплодотворяющая способность, субпопуляции, компьютерные системы анализа спермы, статистическая обработка

Короткий адрес: https://sciup.org/142214020

IDR: 142214020   |   DOI: 10.15389/agrobiology.2017.2.232rus

Список литературы Новые методы анализа спермы с использованием системы CASA (сomputer-assisted sperm analysis)

  • Yeung C.H., Cooper T.G., Nieschlag E. A technique for standardization and quality control of subjective sperm motility assessments in semen analysis. Fertil. Steril., 1997, 67: 1156-1158 ( ) DOI: 10.1016/S0015-0282(97)81455-0
  • Hallap T., Haard M., Larsson B., Rodríguez-Martínez H. Does cleansing of frozen-thawed bull semen before assessment provide samples that relate better to potential fertility? Theriogenology, 2004, 62: 702-713 ( ) DOI: 10.1016/j.theriogenology.2003.11.017
  • Barth A.D., Oko R.J. Abnormal morphology of bovine spermatozoa. Iowa State University Press, Iowa, 1989.
  • Frenau G.E., Chenoweth P.J., Elis R., Rupp G. Sperm morphology of beef bulls evaluated by two different methods. Anim. Reprod. Sci., 2010, 118: 176-181 ( ) DOI: 10.1016/j.anireprosci.2009.08.015
  • Revell S. Assessment of the morphology of frozen-thawed bull sperm in relation to its cryopreservation for artificial insemination. Vet. Rec., 2003, 152: 765-767.
  • Phillps N.J., Mcgowan M.R., Johnston S.D., Mayer D.G. Relationship between thirty post-thaw spermatozoal characteristics and the field fertility of 11 high-use Australian dairy AI sires. Anim. Reprod. Sci., 2004, 81: 47-61 ( ) DOI: 10.1016/j.anireprosci.2003.10.003
  • Mossman J., Slate J., Humphriess S., Birkhead T. Sperm morphology and velocity are genetically codetermined in the zebra finch. Evolution, 2009, 63: 2730-2737 ( ) DOI: 10.1111/j.1558-5646.2009.00753.x
  • Soler C., Pérez-Sánchez F., Schulze H., Bergmann M., Oberpenning F., Yeung C.-H., Cooper T.G. Objective evaluation of the morphology of human epididymal sperm heads. Int. J. Androl., 2000, 23: 77-84 ( ) DOI: 10.1046/j.1365-2605.2000.00211.x
  • Soler C., Yeung C.-H., Cooper T.G. Development of sperm motility patterns in the murine epididymis. Int. J. Androl., 1994, 17: 271-278 ( ) DOI: 10.1111/j.1365-2605.1994.tb01253.x
  • Amann R.P., Hammerstedt R.H. Validation of a system for computerized measurement of spermatozoal velocity and percentage of motile sperm. Biol. Reprod., 1980, 23: 647-656 ( ) DOI: 10.1095/biolreprod23.3.647
  • Katz D., Overstreet J. Sperm motility assessment by videomicrography. Fertil. Steril., 1981, 35: 188-193 ( ) DOI: 10.1016/S0015-0282(16)45320-3
  • Katz D.F., Davis R.O., Delandmeter B.A., Overstreet J.W. Real-time analysis of sperm motion using automatic video image digitization. Computer Methods and Programs in Biomedicine, 1985, 21: 173-182 ( ) DOI: 10.1016/0169-2607(85)90002-1
  • Ginsburg K.A., Armant D.R. The influence of chamber characteristics on the reliability of sperm concentration and movement measurements obtained by manual and videomicrographic analysis. Fertil. Steril., 1990, 53: 882-887.
  • Knuth U.A., Nieschlag E. Comparison of computerized semen analysis with the conventional procedure in 322 patients. Fertil. Steril., 1988, 49: 881-885 ( ) DOI: 10.1016/S0015-0282(16)59901-4
  • Stephens D.T., Hickman R., Hoskins D.D. Description, validation, and performance characteristics of a new computer-automated sperm motility analysis system. Biol. Reprod., 1988, 38: 577-586.
  • Yeung C.H., Weinbauer G.F., Nieschlag E. Movement characteristics of ejaculated sperm from cynomolgus monkeys (Macaca fascicularis) analyzed by manual and automated computerized image analysis. Journal of Medical Primatology, 1989, 18: 55-68.
  • Schmassmann A., Mikuz G., Bartsch G., Rohr H. Quantification of human sperm morphology and motility by means of semi-automatic image analysis systems. Microscopica Acta, 1979, 82: 163-178.
  • Pérez-Sánchez F., de Monserrat J.J., Soler C. Morphometric analysis of human sperm morphology. Int. J. Androl., 1994, 17: 248-255 ( ) DOI: 10.1111/j.1365-2605.1994.tb01250.x
  • Hoidas S., Williams A.E., Tocher J.L., Hargrave T.B. Scoring sperm morphology from fertile and infertile cigarette smokers using the scanning electron microscope and image analysis. Fertil. Steril., 1985, 43: 595-598 ( ) DOI: 10.1016/S0015-0282(16)48503-1
  • Chan S.Y.W., Wang C., Chan S.T.H., Ho P.C., So W.W.K., Chan Y.F., Ma H.K. Predictive value of sperm morphology and movement characteristics in the outcome of in vitro fertilization of human oocytes. Journal of in Vitro Fertilization and Embryo Transfer, 1989, 6: 142-148 ( ) DOI: 10.1007/BF01130778
  • Irvine D.S., Macleod I.C., Templenton A.A., Masterton A., Taylor A. Andrology: A prospective clinical study of the relationship between the computer-assisted assessment of human semen quality and the achievement of pregnancy in vivo. Hum. Reprod., 1994, 9: 2324-2334 ( ) DOI: 10.1093/oxfordjournals.humrep.a138446
  • Soler C., Fuentes M.C., Sancho M., García A., Núñez de Murga M., Núñez de Murga J. Effect of counting chamber on seminal parameters, analyzing with the ISASv1®. Revista Internacional de Andrología, 2012, 10: 132-138.
  • Soler C., García A., Contell J., Segervall J., Sancho M. Kinematics and subpopulations' structure definition of blue fox (Alopex lagopus) sperm motility using the ISAS®v1 CASA system. Reprod. Domest. Anim., 2014, 49: 560-567 ( ) DOI: 10.1111/rda.12310
  • Del Gallego R., Sadeghi S., Blasco E., Soler C., Yániz J.L., Silvestre M.A. Effect of chamber characteristics, loading and analysis time on motility and kinetic variables analysed with the CASA-mot system in goat sperm. Anim. Reprod. Sci., 2017, 177: 97-104 ( ) DOI: 10.1016/j.anireprosci.2016.12.010
  • Matson P., Irving J., Zuvela E., Huges R. Delay in the application of the cover glass is a potential source with the Makler Counting Chamber. Fertil. Steril., 1999, 72: 559-561 ( ) DOI: 10.1016/S0015-0282(99)00282-4
  • Castellini C., Dal Bosco A., Ruggeria S., Collodel G. What is the best frame rate for evaluation of sperm motility in different species by computer assisted sperm analysis. Fertil. Steril., 2011, 96: 24-27 ( ) DOI: 10.1016/j.fertnstert.2011.04.096
  • Banaszewska D., Andraszek K., Czubaszek M., Biesiada-Drzazga B. The effect of selected staining techniques on bull sperm morphometry. Anim. Reprod. Sci., 2015, 159: 17-24 ( ) DOI: 10.1016/j.anireprosci.2015.06.019
  • Soler C., Cooper T.G., Valverde A., Yániz J.L. Afterword to Sperm morphometrics today and tomorrow special issue in Asian Journal of Andrology. Asian Journal of Andrology, 2016, 18: 895-897 ( ) DOI: 10.4103/1008-682X.187582
  • Yániz J.L., Capistrós S., Vicente-Fiel S., Hidalgo C.O., Santolaria P. A comparative study of the morphometry sperm head components in cattle, sheep, and pigs with a computer-assisted fluorescence method. Asian Journal of Andrology, 2016, 18: 840-843 ( ) DOI: 10.4103/1008-682X.186877
  • Walczak-Jedrzejowska R., Wolski J.K., Slowikowska-Hilczer J. The role of oxidative stress and antioxidants in male fertility. Central European Journal of Urology, 2013, 66: 60-67 ( ) DOI: 10.5173/ceju.2013.01.art19
  • Peña F., Saravia F., García-Herreros M., Núñez-Martínez I., Tapia J.A., Johanisson A., Wallgren M., Rodríguez-Martínez H. Identification of sperm morphometric subpopulations in two different portions of the boar ejaculate and its relation to postthaw quality. J. Androl., 2005, 26: 716-723 ( ) DOI: 10.2164/jandrol.05030
  • Núñez-Martínez I., Moran J.M., Peña F.J. Sperm indexes obtained using computer-assisted morphometry provide a forecast of the freezability of canine sperm. Int. J. Androl., 2007, 30: 182-189 ( ) DOI: 10.1111/j.1365-2605.2007.00743.x
  • Silvestre M.A., Vicente-Fiel S., Raga E., Salvador I., Soler C., Yániz J.L. Effect of genistein added to bull semen after thawing on pronuclear and sperm quality. Anim. Reprod. Sci., 2015, 163: 120-127 ( ) DOI: 10.1016/j.anireprosci.2015.10.006
  • Beletti M.E., Costa L.F., Viana M.P. A comparison of morphometric characteristics of sperm from fertile Bos taurus and Bos indicus bulls in Brazil. Anim. Reprod. Sci., 2005, 85: 105-116 ( ) DOI: 10.1016/j.anireprosci.2004.04.019
  • Rodríguez-Martínez H. Laboratory semen assessment and prediction of fertility: still utopia? Reprod. Domest. Anim., 2003, 38(4): 312-318 ( ) DOI: 10.1046/j.1439-0531.2003.00436.x
  • Santolaria P., Vicence-Fiel S., Palacín I., Fantova E., Blasco M.E., Silvestre M., Yaniz J. Predictive capacity of sperm quality parameters and sperm subpopulations on field fertility after artificial insemination in sheep. Anim. Reprod. Sci., 2015, 163: 82-88 ( ) DOI: 10.1016/j.anireprosci.2015.10.001
  • Sellem E., Broekhuijse M.L.W.J., Chevrier L., Camugli S., Schmitt E., Schibler L., Koenen E.P.C. Use of combinations of in vitro quality assessments to predict fertility of bovine semen. Theriogenology, 2015, 84: 1447-1454 ( ) DOI: 10.1016/j.theriogenology.2015.07.035
  • Utt M.D. Prediction of bull fertility. Anim. Reprod. Sci., 2016, 169: 37-44 ( ) DOI: 10.1016/j.anireprosci.2015.12.011
  • Fraser L., Gorszczaruk K., Strzezek J. Relationship between motility and membrane integrity of boar spermatozoa in media varying in osmolality. Reprod. Domest. Anim., 2001, 36: 325-329 ( ) DOI: 10.1046/j.1439-0531.2001.00310.x
  • Yaniz J.L., Santolaria P., MarcoAguadoLopez-Gatius F. Use of image analysis to assess the plasma membrane integrity of ram spermatozoa in different diluents. Theriogenology, 2008, 70(2): 192-198 ( ) DOI: 10.1016/j.theriogenology.2008.03.002
  • Brito L.F.C., Barth A.D., Bilodeau-Goeseels S., Panich P.L., Kastelic J.P. Comparison of methods to evaluate the plasmalemma of bovine sperm and their relationship with in vitro fertilization rate. Theriogenology, 2003, 60: 1539-1551 ( ) DOI: 10.1016/S0093-691X(03)00174-2
  • Quintero-Moreno A., Rigau T., Rodríguez-Gil J.E. Multivariate cluster analysis regression procedures as tools to identify motile sperm subpopulations in rabbit semen and to predict semen fertility and litter size. Reprod. Domest. Anim., 2007, 42: 312-319 ( ) DOI: 10.1111/j.1439-0531.2006.00785.x
  • Rubio-Guillén J., González D., Garde J.J., Esteso M.C., Fernández-Santos M.R., Rodríguez-Gil J.E., Madrid-Bury N., Quintero-Molina A. Effects of cryopreservation on bull spermatozoa in morphometrically distinct subpopulations. Reprod. Domest. Anim., 2007, 42: 354-357 ( ) DOI: 10.1111/j.1439-0531.2006.00788.x
  • Muiño R., Tamargo C., Hidalgo C.O., Peña A.I. Identification of sperm subpopulations with defined motility characteristics in ejaculates from Holstein bulls: effects of cryopreservation and between-bull variation. Anim. Reprod. Sci., 2008, 109: 27-39 ( ) DOI: 10.1016/j.anireprosci.2007.10.007
  • Martínez-Pastor F., Tizado E.J., Garde J.J., Anel L., de Paz P. Statistical series: opportunities and challenges of sperm motility subpopulation analysis. Theriogenology, 2011, 75: 783-795 ( ) DOI: 10.1016/j.theriogenology.2010.11.034
  • Yániz J.L., Soler C., Santolaria P. Computer assisted sperm morphometry in mammals: A review. Anim. Reprod. Sci., 2015, 156: 1-12 ( ) DOI: 10.1016/j.anireprosci.2015.03.002
  • Soler C., Alambiaga A., Martí M.A., García-Molina A., Valverde A., Contell J., Campos M. Dog sperm head morphometry: its diversity and evolution. Asian Journal of Andrology, 2017, 19(2): 149-153 ( ) DOI: 10.4103/1008-682X.189207
  • Valverde A., Areán H., Sancho M., Contell J., Yániz J.L., Fernández A., Soler C. Morphometry and subpopulation structure of Holstein bull spermatozoa: variations in ejaculates and cryopreservation straws. Asian Journal of Andrology, 2016, 18: 851-857 ( ) DOI: 10.4103/1008-682X.187579
  • Jones B., Clark A.G. Bayesian sperm competition estimates. Genetics, 2003, 163: 1193-1199.
  • Thompson J.A., Love C.C., Stich K.L., Brinsko S.P., Blanchard T.L., Varner D.D. A Bayesian approach to prediction of stallion daily sperm output. Theriogenology, 2004, 62: 1607-1617 ( ) DOI: 10.1016/j.theriogenology.2004.03.015
  • Gil Anaya M.C., Calle F., Pérez C.J., Martín-Hidalgo D., Fallola C., Bragado M.J., García-Marín L.J., Oropesa A.L. A new Bayesian network-based approach to the analysis of sperm motility: application in the study of tench (Tinca tinca) semen. Andrology, 2015, 3: 956-966 ( ) DOI: 10.1111/andr.12071
  • Soler C., Gadea B., Soler A.J., Fernández-Santos M.R., Esteso M.C., Núñez J., Moreira P.N., Núñez M., Gutiérrez R., Sancho M., Garde J.J. Comparison of three different staining methods for the assessment of epididymal red deer sperm morphometry by computerized analysis with ISAS. Theriogenology, 2005, 64: 1236-1243 ( ) DOI: 10.1016/j.theriogenology.2005.02.018
  • Soler C., García-Molina A., Sancho M., Contell J., Núñez M., Cooper T.G. A new technique for analysis of human sperm morphology in unstained cells from raw semen. Reprod. Fert. Develop., 2014, 28: 428-433 ( ) DOI: 10.1071/RD14087
  • Soler C., García-Molina A., Contell J., Silvestre M.A., Sancho M. The Trumorph® system: the new universal technique for the observation and analysis of the morphology of living sperm. Anim. Reprod. Sci., 2015, 158: 1-10 ( ) DOI: 10.1016/j.anireprosci.2015.04.001
  • Martinez-Pastor F., Mata-Campuzano M., Alvarez-Rodriguez M., Alvarez M., Anel L., de Paz P. Probes and techniques for sperm evaluation by flow cytometry. Reprod. Domest. Anim., 2010, 45: 67-78 ( ) DOI: 10.1111/j.1439-0531.2010.01622.x
  • Robles V., Martinez-Pastor F. Flow cytometric methods for sperm assessment. Methods in Molecular Biology, 2013, 927: 175-186 ( ) DOI: 10.1007/978-1-62703-038-0_16
  • Yániz J., Capistrós S., Vicente-Fiel S., Soler C., Nunez de Murga M., Santolaria P. Use of Relief Contrast® objective to improve sperm morphometric analysis by Isas® casa system in the ram. Reprod. Domest. Anim., 2013, 48: 1019-1024 ( ) DOI: 10.1111/rda.12208
Еще
Статья научная