精子可以通过调节鞭毛波形(精子如何摆动尾巴)来调节其能量，以适应​​不同的液体环境，从而可能优化其在生殖道内的运动和导航。11月1日发表在《细胞报告物理科学》杂志上的一项研究报告了这项研究。

“我们的方法使我们能够在单细胞水平上研究粘度和剪切率的变化如何影响精子的行为，这是使用传统方法不可能实现的，”莫纳什大学的高级研究作者RezaNosrati说。

生殖道内的生化和生物物理线索充当低质量精子的过滤器和高质量精子向卵子导航的引导机制。例如，在性交过程中，输卵管内粘液分泌增多，刺激输卵管中的液体流向子宫。这种流动有助于防止病原体侵入生殖道，将它们冲下来，同时通过一种称为趋变性的现象选择能够逆流向卵子游动的精子。

但部分由于传统显微镜方法和群体水平研究的局限性，目前尚不清楚流体流动和粘度等因素如何相互作用以影响单细胞水平上的精子鞭毛跳动行为。此外，当前的临床实践主要利用低粘度介质和停滞流动条件，尽管考虑生理相关环境的实际优势可能很重要。

在这项研究中，诺斯拉蒂和他的团队为精子设计了一个“测试场”，以观察它们在生理相关条件下的行为。该设备利用微流体来检查精子鞭毛波形和能量响应流量和粘度的变化。

通过将公牛精子束缚在微通道中，研究人员将同一个精子暴露在一系列粘度和剪切速率下，剪切速率是指一层流体流过相邻层的速度变化率。研究人员使用高速、高分辨率显微镜，以每秒200帧的速度量化了鞭毛动力学。

研究结果表明，精子鞭毛波形主要受粘度而不是剪切速率的影响，它们的协同效应促进了节能的跳动行为。在粘度较低的环境中，精子的活力和能量受流体流动的影响较小。但在高粘度介质中，剪切速率从0每秒增加到75毫帕秒时，鞭毛曲率降低了20%，并且鞭毛跳动频率在剪切速率为3每秒时最高，这有利于精子的趋变性。

这组作者说，这种现象表明在这些特定条件下，能量产生的潜在增加和鞭毛跳动行为的变化可能会实现流变性并促进从圆周运动到滚动运动的转变。在每秒3次剪切速率下观察到的能量输出增加表明精子调整其发电量以适应和响应流体动力学，从而能够有效地逆流游动。

目前，研究人员正在完善他们的成像技术和实验平台，以进行后续研究，以在类似条件下检查自由游动的精子。

“更好地了解这些媒体考虑因素对于精子选择和受精的重要性也至关重要，”诺斯拉蒂说。“我们计划进行一项动物研究，以评估这些特性如何影响辅助生殖中的受精和胚胎发育，为未来的治疗策略提供信息，以获得更好的结果。”

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