Are there intracellular Ca2+ oscillations correlated with flagellar beating in human sperm? A three vs. two-dimensional analysis

Abstract

This work was supported by Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACyT) (grants 253952 to G.C.; 156667 to F.M.M. and Fronteras 71 39908-Q to A.D. and Post-doctoral scholarships 366844 to P.H.-H. and 291028 to F.M.) and the Dirección General de Asuntos del Personal Académico of the Universidad Nacional Autónoma de México (DGAPA-UNAM) (grants CJIC/CTIC/4898/2016 to F.M. and IN205516 to A.D.). There are no conflicts of interest to declare.

The human sperm beats anisotropically and asymmetrically in 3D

“…This scenario is aggravated by the fact that the literature to date has been predominately limited to planar projections of the flagella beat [10,[24][25][26][27][28][29][30][31], albeit the human sperm flagellum beats intrinsically in threedimensions. Despite numerous efforts to capture the flagellar beat in 3D [34,[40][41][42][43][44][45][46][47][48][49][50][51][52], the importance of threedimensional component of the beat is yet to be fully recognised at the human fertility realm [53]. Furthermore, the rapid movement of the flagellar beating in 4D (3D+time) continues to challenge recent advances in video-microscopy and holography techniques [34,[40][41][42][46][47][48][49][50], and thus still remains as a major bottleneck for any automated mathematical image processing algorithm [ibid].…”

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

“…Se obtiene dos tipos de poblaciones, una de espermatozoides activados (sin capacidad de fecundar), y otra en la que una proporción de ellos se capacita artificialmente usando bicarbonato, albúmina y Ca 2+ . Las imágenes se obtuvieron haciendo uso del sistema desarrollado por Corkidi et al [2,3], que haciendo uso de un piezoeléctrico, el cual oscila con una función triangular acercando y alejando iterativamente la lente de la cámara a la muestra, proporciona una secuencia de imágenes enfocadas a diferentes planos focales, así como la altura a la que fue capturada cada imagen. Con dicha información, haciendo una correspondencia de cada imagen con su altura, se llevó a cabo una reconstrucción en tres dimensiones de la célula para cada tiempo, obteniendo así secuencias de imágenes en 3D.…”

“…[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].…”

“…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.…”

“…La aplicación final de los resultados del desarrollo de este trabajo pretende realizarse sobre imágenes con fluorescencia, por tal motivo el empleo de dichas técnicas fue descartado, optándose por utilizar el sistema desarrollado por Corkidi et al [2,3] que es lo suficientemente sensible para medir la diferencia entre los distintos tipos de batido, y el cual no presenta dicha limitante.…”