Análisis de Métricas Sobre el Flagelo de Espermatozoides de Humano en 3D para su Clasificación entre Activados e Hiperactivados

Abstract

Resumen -Los espermatozoides se capacitan químicamente en el tracto genital femenino para fecundar al óvulo, y cuando dicho proceso ocurre, éstos presentan un cambio en su motilidad llamado "hiperactivación". En este trabajo se presenta el análisis 3D de diversas métricas sobre el batido flagelar del espermatozoide de humano con el objetivo de diferenciar entre movimiento activado e hiperactivado, obteniendo resultados satisfactorios sobre métricas que en primera instancia pueden permitir una separación adecuada, y dejando las puertas abiertas para un análisis más profundo de los parámetros que permita una clasificación óptima.Palabras clave-Clasificación, espermatozoide, flagelo, imágenes 3D. I. INTRODUCCIÓNLos espermatozoides han sido de gran interés debido a su papel fundamental en la reproducción humana. La capacitación de estas células es un proceso bioquímico de interés que ocurre en el tracto genital femenino, mediante el cual, éstos se vuelven capaces de fecundar al óvulo. Dicho proceso tiene como consecuencia un cambio en la motilidad del espermatozoide denominado "hiperactivación". En esta modalidad se observa que la trayectoria del espermatozoide deja de ser rectilínea, presentando fuertes impulsos de la cabeza y donde su flagelo se mueve de forma asimétrica [1], tal como se muestra en la Fig 1.El proceso de capacitación se ha estudiado tradicionalmente en dos dimensiones (2D) con el sistema CASA (Computer-Assisted Sperm Analysis), el cual ha permitido hacer la clasificación de espermatozoides a través del análisis de la trayectoria que éstos siguen (por medio del rastreo de su cabeza). Sin embargo, el análisis que realiza dicho sistema desprecia la información que proporciona el movimiento del flagelo, el cual es de suma importancia, puesto que es lo que permite el desplazamiento de estas células.En el 2008 se revolucionó la manera de observar los espermatozoides, dado que Corkidi et al.[2] desarrolló un sistema que permitió por primera vez la cuantificación de trayectorias tridimensionales descritas por múltiples espermatozoides simultáneamente, y recientemente sobre su batido flagelar en tres dimensiones (3D) [3]. Con la información tridimensional que proporciona este sistema, ha sido posible concluir que el movimiento del flagelo es diferente de lo que se esperaba y que se está perdiendo información relevante cuando solamente es estudiado en 2D [3,4]. Lo anterior es de gran importancia para entender el funcionamiento de dichas células, ya que naturalmente, éstas no se mueven únicamente sobre una superficie, sino que también lo hacen libremente en un espacio tridimensional.Actualmente ya existen diversos sistemas que permiten la reconstrucción en tercera dimensión del flagelo de los espermatozoides, una de las más novedosas es la microscopía sin lentes, la cual permite analizar múltiples células al mismo tiempo mediante detección holográfica [5], otra de ellas es el algoritmo de "Rayleigh-Sommerfeld Back-Propagation" sobre un video bidimensional tomado a un solo plano focal [6], sin embargo, en nin...