精子疾驰的秘密武器：是撞击子宫内壁的头部钩刺？
UNIST与京都大学实现高分辨率成像，解析小鼠精子与生殖器官间相互作用
首次观察到精子用头部钩刺附着内壁并进行移动与同步现象，相关论文发表于eLife
首次捕捉到老鼠精子利用钩状的头部“戳”子宫壁并由此移动的现象。
UNIST（蔚山科学技术院）生物医学工程系Park Jeonghun教授团队与生命科学系Kim Jaeik教授团队、京都大学Ryu Heungjin博士团队共同开展研究，对老鼠生殖器官内部精子运动过程进行实时成像分析，发现了这一现象。
本次研究旨在在活体组织内直接验证关于啮齿动物精子头部“钩子”功能的两种相互对立假说。此前较被普遍接受的是“精子协作”假说，即老鼠精子利用钩状头部像火车车厢一样首尾相连，从而提高朝卵子移动的速度。但在本次观测中，并未发现这种现象。
相反，研究人员观察到精子用头部的钩子“戳”在子宫和输卵管内壁上，以此快速前进的现象。这一结果支持了另一种“精子与雌性生殖器官相互作用假说”。研究团队认为，精子通过将头部的钩子固定在雌性生殖器官内壁上移动，可以提高直线前进性，并抵抗强烈的体液流动。
此外，本研究还首次观测到精子头部朝同一方向排列，或者精子尾部像花样游泳运动员一样实现同步摆动、共同游动的现象。研究团队分析认为，正是由于精子头部钩状结构的固定效应，精子头部才能朝同一方向排列并运动，进而实现同步游动。研究团队还提出新的假说：老鼠精子头部的钩状结构，很可能是为实现上述行为而形成的进化产物。
研究团队表示：“‘火车假说’迄今为止只是在受观测技术限制的二维培养皿中被观察到”，“在本次实验中，我们直接观测并分析了真实生殖器官内部的情况，虽然也发现了少数以火车形态聚集移动的精子群体，但其移动速度并不快于单个精子。”不过，研究团队也补充指出，要彻底推翻“火车假说”，仍需通过后续研究获取具有统计学意义的数据。
研究人员通过让精子头部发出绿色荧光、部分尾部发出红色荧光的基因改造雄鼠与雌鼠交配，随后取出雌鼠生殖器官，对上述现象进行观测。
观测是利用双光子显微镜为基础的三维图像获取技术完成的。双光子显微镜不是用一个高能光子，而是用两个低能光子照射样本，通过分析样本发出的荧光来成像，由于光能较低，可以避免光能对样本造成损伤。此外，由于使用长波长光，还可以观察到生物组织较深处的结构。研究团队将双光子荧光现象与基于飞秒激光的高速三维体积成像技术相结合，开发出了这一技术。
联合研究团队还基于获取到的视频，建立了精确测量精子移动速度和运动特征的定量分析技术，预计将有助于精细的输卵管仿生芯片开发及不孕不育研究。
本研究在韩国研究财团和信息通信企划评价院的资助下完成，研究成果已于11月22日发表在生命科学领域国际学术期刊《eLife》上。
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