Селекция сперматозоидов в программах вспомогательных репродуктивных технологий методами активной микрофлюидики на основе положительного реотаксиса

DOI

https://dx.doi.org/10.18565/aig.2025.86

Макарова Н.П., Капитанникова А.Ю., Сысоева А.П., Чернышев В.С., Калинина Е.А., Сухих Г.Т.
ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии имени академика В.И. Кулакова» Минздрава России, Москва, Россия

На протяжении последних 50 лет наблюдается глобальное снижение качества человеческой спермы. По различным данным, около 10–15% пар по всему миру имеют проблемы с зачатием, в 30–50% случаев обусловленные нарушением сперматогенеза. Выделение высококачественных подвижных сперматозоидов из образцов спермы является важным шагом, во многом определяющим эффективность вспомогательных репродуктивных технологий (ВРТ). За последние годы накоплен значительный объем информации о природе движения сперматозоидов по женским половым путям. Устройства на основе микрофлюидики позволяют проводить более физиологичный отбор сперматозоидов с точки зрения подвижности, жизнеспособности, целостности ДНК и морфологии, так как дают возможность для имитации естественных условий и препятствий, действующих на сперматозоиды в естественной среде женского организма. Благодаря моделированию и контролю условий, воздействующих на образец спермы, они позволяют выделять сперматозоиды с наиболее высоким потенциалом для успешного оплодотворения.
В настоящем обзоре приведены новые научные данные, касающиеся использования способности сперматозоидов двигаться против тока жидкости на эмбриологическом этапе программ лечения бесплодия методами ВРТ. Также описаны новые устройства (лаборатория-на-чипе), которые могут быть успешно интегрированы в клиническую практику при селекции мужских гамет клиническим эмбриологом. В обзор включены данные зарубежных и российских статей, найденных в системах PubMed и eLibrary, опубликованных за последние 10 лет.
Заключение: Активная микрофлюидика представляет перспективное направление для развития методов селекции сперматозоидов, способных обеспечить повышение эффективности процедур вспомогательной репродукции и улучшение клинических исходов.

Вклад авторов: Макарова Н.П. – разработка концепции статьи, систематизация и анализ литературы, написание текста рукописи; Капитанникова А.Ю. – систематизация и анализ литературы, написание рукописи статьи;
Сысоева А.П. – редактирование рукописи статьи; Чернышев В.С. – критические замечания к рукописи статьи; Калинина Е.В. – критический обзор рукописи статьи, внесение исправлений и замечаний; Сухих Г.Т. – утверждение публикации.
Конфликт интересов: Авторы заявляют об отсутствии возможных конфликтов интересов.
Финансирование: Работа выполнена при финансовой поддержке государственного задания 2024-2026 №124020500056-7 «Разработка инновационных микрофлюидных чипов для селекции мужских половых клеток в программах лечения бесплодия методами вспомогательных репродуктивных технологий», руководитель Макарова Н.П.
Для цитирования: Макарова Н.П., Капитанникова А.Ю., Сысоева А.П., Чернышев В.С.,
Калинина Е.А., Сухих Г.Т. Селекция сперматозоидов в программах вспомогательных
репродуктивных технологий методами активной микрофлюидики на основе положительного реотаксиса.
Акушерство и гинекология. 2025; 6: 28-36
https://dx.doi.org/10.18565/aig.2025.86

бесплодие

вспомогательные репродуктивные технологии

селекция сперматозоидов

лечение бесплодия

беременность

эякулят

сперматозоиды

мужские половые клетки

микрофлюидные технологии

Полный текст статьи
доступен в "Библиотеке Врача"

Ivkosic I.E., Mesic J., Fures R., Hrgovic Z., Bulic L., Brenner E. et al. Infertility - a great challenge of the past, present, and future. Mater. Sociomed. 2025; 37(1): 74-9. https://dx.doi.org/10.5455/msm.2025.37.74-79
Agarwal A., Baskaran S., Parekh N., Cho C.L., Henkel R., Vij S. et al. Male infertility. Lancet. 2021; 397(10271): 319-33. https://dx.doi.org/10.1016/S0140-6736(20)32667-2
Назаренко Т.А., ред. Бесплодный брак: клинические задачи и их решение. М.: МЕДпресс-информ; 2024. 127 с.
Tiptiri-Kourpeti A., Asimakopoulos B., Nikolettos N. A narrative review on the sperm selection methods in assisted reproductive technology: out with the new, the old is better? J. Clin. Med. 2025; 14(4): 1066. https://dx.doi.org/10.3390/jcm14041066
Agarwal A., Cho C.L., Majzoub A., Esteves S.C. The Society for Translational Medicine: clinical practice guidelines for sperm DNA fragmentation testing in male infertility. Transl. Androl. Urol. 2017; 6(Suppl. 4): S720-S733. https://dx.doi.org/10.21037/tau.2017.08.06
Дети из чипа: инновационная технология отбора качественных сперматозоидов. Инновационная фармакотерапия. 2024; 1(19): 44-8.
Беляева Л.А., Шурыгина О.В., Тугушев М.Т., Миронов С.Ю. Опыт применения микрожидкостных чипов для сортировки спермы у пациентов с лечением бесплодия. Ульяновский медико-биологический журнал. 2024; 1: 82-90.
Meseguer F., Giménez Rodríguez C., Rivera Egea R., Carrión Sisternas L., Remohí J.A., Meseguer M. Can microfluidics improve sperm quality? A prospective functional study. Biomedicines. 2024; 12(5): 1131. https://dx.doi.org/10.3390/biomedicines12051131
Макарова Н.П., Сысоева А.П., Чернышев В.С., Гаврилов М.Ю., Лобанова Н.Н., Кулакова Е.В., Калинина Е.А. Клиническая и биологическая эффективность использования микрожидкостных чипов для селекции сперматозоидов при лечении бесплодия методами вспомогательных репродуктивных технологий. Акушерство и гинекология. 2024; 11: 138-45.
Jahangiri A.R., Ziarati N., Dadkhah E., Bucak M.N., Rahimizadeh P., Shahverdi A. et al. Microfluidics: The future of sperm selection in assisted reproduction. Andrology. 2024; 12(6): 1236-52. https://dx.doi.org/10.1111/andr.13578
Колесов Д.В., Вишнякова П.А., Макарова Н.П., Московцев А.А., Чернышев В.С. Микрофлюидика для вспомогательных репродуктивных технологий. От рождения до активного долголетия: Сборник тезисов докладов II Международного форума геномных и биомедицинских технологий. Сургут: Издательский центр СурГУ; 2024: 9-10.
Патент на полезную модель № 230440U1 Российская Федерация, МПК C12N 5/076, G01N 33/487. Устройство для селекции мужских половых клеток с повышенной оплодотворяющей способностью для использования на эмбриологическом этапе программ лечения бесплодия методами вспомогательных репродуктивных технологий (POSHspermWash). Макарова Н.П., Чернышев В.С., Колесов Д.В., Сухих Г.Т. № 2024120398; заявл. 19.07.2024; опубл. 03.12.2024.
Zhou L., Liu H., Liu S., Yang X., Dong Y., Pan Y. et al. Structures of sperm flagellar doublet microtubules expand the genetic spectrum of male infertility. Cell. 2023; 186(13): 2897-2910.e19. https://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2023.05.009
Kumar N., Singh A.K. The anatomy, movement, and functions of human sperm tail: an evolving mystery. Biol. Reprod. 2021; 104(3): 508-20. https://dx.doi.org/10.1093/biolre/ioaa213
Tamburrino L., Marchiani S., Muratori M., Luconi M., Baldi E. Progesterone, spermatozoa and reproduction: An updated review. Mol. Cell. Endocrinol. 2020; 516: 110952. https://dx.doi.org/10.1016/j.mce.2020.110952
Mahé C., Zlotkowska A.M., Reynaud K., Tsikis G., Mermillod P., Druart X. et al. Sperm migration, selection, survival, and fertilizing ability in the mammalian oviduct. Biol. Reprod. 2021; 105(2): 317-31. https://dx.doi.org/10.1093/biolre/ioab105
Hirashima T., W P S., Noda T. Collective sperm movement in mammalian reproductive tracts. Semin. Cell Dev. Biol. 2025; 166: 13-21. https://dx.doi.org/10.1016/j.semcdb.2024.12.002
Roldan E.R.S., Teves M.E. Understanding sperm physiology: Proximate and evolutionary explanations of sperm diversity. Mol. Cell. Endocrinol. 2020; 518: 110980. https://dx.doi.org/10.1016/j.mce.2020.110980
Sheibak N., Zandieh Z., Amjadi F., Aflatoonian R. How sperm protects itself: A journey in the female reproductive system. J. Reprod. Immunol. 2024; 163: 104222. https://dx.doi.org/10.1016/j.jri.2024.104222
Cui Z., Wang Y., den Toonder J.M.J. Metachronal motion of biological and artificial cilia. Biomimetics (Basel). 2024; 9(4): 198. https://dx.doi.org/10.3390/biomimetics9040198
Lindemann C.B., Lesich K.A. The many modes of flagellar and ciliary beating: Insights from a physical analysis. Cytoskeleton (Hoboken). 2021; 78(2): 36-51. https://dx.doi.org/10.1002/cm.21656
Raidt J., Werner C., Menchen T., Dougherty G.W., Olbrich H., Loges N.T. et al. Ciliary function and motor protein composition of human fallopian tubes. Hum. Reprod. 2015; 30(12): 2871-80. https://dx.doi.org/10.1093/humrep/dev227
Suarez S.S. Mammalian sperm interactions with the female reproductive tract. Cell Tissue Res. 2016; 363(1): 185-94. https://dx.doi.org/10.1007/s00441-015-2244-2
Tung C.K., Ardon F., Roy A., Koch D.L., Suarez S.S., Wu M. Emergence of upstream swimming via a hydrodynamic transition. Phys. Rev. Lett. 2015; 114(10): 108102. https://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.108102
Hyakutake T., Higashiyama D., Tsuchiya T. Prediction of sperm motion behavior in microfluidic channel using sperm swimming model. J. Biomech. 2024; 176: 112336. https://dx.doi.org/10.1016/j.jbiomech.2024.112336
Shiba K. Regulatory mechanisms for sperm chemotaxis and flagellar motility. Genesis. 2023; 61(6): e23549. https://dx.doi.org/10.1002/dvg.23549
Zhang Z., Liu J., Meriano J., Ru C., Xie S., Luo J. et al. Human sperm rheotaxis: a passive physical process. Sci. Rep. 2016; 6: 23553. https://dx.doi.org/10.1038/srep23553
Bukatin A., Kukhtevich I., Stoop N., Dunkel J., Kantsler V. Bimodal rheotactic behavior reflects flagellar beat asymmetry in human sperm cells. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2015; 112(52): 15904-9. https://dx.doi.org/10.1073/pnas.1515159112
Bukatin A., Denissenko P., Kantsler V. Self-organization and multi-line transport of human spermatozoa in rectangular microchannels due to cell-cell interactions. Sci. Rep. 2020; 10(1): 9830. https://dx.doi.org/10.1038/s41598-020-66803-2
Romero-Aguirregomezcorta J., Sugrue E., Martínez-Fresneda L., Newport D., Fair S. Hyperactivated stallion spermatozoa fail to exhibit a rheotaxis-like behaviour, unlike other species. Sci. Rep. 2018; 8(1): 16897. https://dx.doi.org/10.1038/s41598-018-34973-9
Chinnasamy T., Kingsley J.L., Inci F., Turek P.J., Rosen M.P., Behr B. et al. Guidance and self-sorting of active swimmers: 3D periodic arrays increase persistence length of human sperm selecting for the fittest. Adv. Sci. (Weinh). 2018; 5(2): 1700531. https://dx.doi.org/10.1002/advs.201700531
Dai P., Chen C., Yu J., Ma C., Zhang X. New insights into sperm physiology regulation: Enlightenment from G-protein-coupled receptors. Andrology. 2024; 12(6): 1253-71. https://dx.doi.org/10.1111/andr.13593
Elango K., Kekäläinen J. Putting nose into reproduction: influence of nasal and reproductive odourant signaling on male reproduction. Mol. Reprod. Dev. 2025; 92(1): e70010. https://dx.doi.org/10.1002/mrd.70010
Jikeli J.F., Alvarez L., Friedrich B.M., Wilson L.G., Pascal R., Colin R. et al. Sperm navigation along helical paths in 3D chemoattractant landscapes. Nat. Commun. 2015; 6: 7985. https://dx.doi.org/10.1038/ncomms8985
Yoshida M., Yoshida K. Activation of motility and chemotaxis in the spermatozoa. Reprod. Med. Biol. 2025; 24(1): e12638. https://dx.doi.org/10.1002/rmb2.12638
Pérez-Cerezales S., Laguna-Barraza R., de Castro A.C., Sánchez-Calabuig M.J., Cano-Oliva E., de Castro-Pita F.J. et al. Sperm selection by thermotaxis improves ICSI outcome in mice. Sci. Rep. 2018; 8(1): 2902. https://dx.doi.org/10.1038/s41598-018-21335-8
Shirota K., Yotsumoto F., Itoh H., Obama H., Hidaka N., Nakajima K. et al. Separation efficiency of a microfluidic sperm sorter to minimize sperm DNA damage. Fertil. Steril. 2016; 105(2): 315-21.e1. https://dx.doi.org/10.1016/j.fertnstert.2015.10.023
Huang C.H., Chen C.H., Huang T.K., Lu F., Jen Huang J.Y., Li B.R. Design of a gradient-rheotaxis microfluidic chip for sorting of high-quality sperm with progressive motility. iScience. 2023; 26(8): 107356. https://dx.doi.org/10.1016/j.isci.2023.107356
Danis R.B., Samplaski M.K. Sperm morphology: history, challenges, and impact on natural and assisted fertility. Curr. Urol. Rep. 2019; 20(8): 43. https://dx.doi.org/10.1007/s11934-019-0911-7
El-Sherry T.M., Abdel-Ghani M.A., Abdel Hafez H.K., Abdelgawad M. Rheotaxis of sperm in fertile and infertile men. Syst. Biol. Reprod. Med. 2023; 69(1): 57-63. https://dx.doi.org/10.1080/19396368.2022.2141154
Yaghoobi M., Azizi M., Mokhtare A., Javi F., Abbaspourrad A. Rheotaxis quality index: a new parameter that reveals male mammalian in vivo fertility and low sperm DNA fragmentation. Lab. Chip. 2022; 22(8): 1486-97. https://dx.doi.org/10.1039/d2lc00150k
Romero-Aguirregomezcorta J., Laguna-Barraza R., Fernández-González R., Štiavnická M., Ward F., Cloherty J. et al. Sperm selection by rheotaxis improves sperm quality and early embryo development. Reproduction. 2021; 161(3): 343-52. https://dx.doi.org/10.1530/REP-20-0364
Yaghoobi M., Abdelhady A., Favakeh A., Xie P., Cheung S., Mokhtare A. et al. Faster sperm selected by rheotaxis leads to superior early embryonic development in vitro. Lab. Chip. 2024; 24(2): 210-23. https://dx.doi.org/10.1039/d3lc00737e
Faisal R.M., Ayeleru O.O., Modekwe H.U., Ramatsa I.M. Bibliometric study of plastics microfluidic chip from 1994 to 2022: A review. Heliyon. 2025; 11(2): e42102. https://dx.doi.org/10.1016/j.heliyon.2025.e42102
Zaferani M., Cheong S.H., Abbaspourrad A. Rheotaxis-based separation of sperm with progressive motility using a microfluidic corral system. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2018; 115(33): 8272-7. https://dx.doi.org/10.1073/pnas.1800819115
Sarbandi I.R., Lesani A., Moghimi Zand M., Nosrati R. Rheotaxis-based sperm separation using a biomimicry microfluidic device. Sci. Rep. 2021; 11: 18327. https://doi.org/10.1038/s41598-021-97602-y
Heidarnejad A., Sadeghi M., Arasteh S., Ghiass M.A. A novel microfluidic device for human sperm separation based on rheotaxis. Zygote. 2025; 33(1): 23-31. https://dx.doi.org/10.1017/S0967199424000467
Banti M., Van Zyl E., Kafetzis D. Sperm preparation with microfluidic sperm sorting chip may improve intracytoplasmic sperm injection outcomes compared to density gradient centrifugation. Reprod. Sci. 2024; 31(6): 1695-704. https://dx.doi.org/10.1007/s43032-024-01483-1
Ahmadkhani N., Saadatmand M., Kazemnejad S., Abdekhodaie M. Qualified sperm selection based on the rheotaxis and thigmotaxis in a microfluidic system. Biomed. Eng. Lett. 2023; 13: 671-80. https://dx.doi.org/10.1007/s13534-023-00294-8
Heydari A., Zabetian Targhi M., Halvaei I., Nosrati R. A novel microfluidic device with parallel channels for sperm separation using spermatozoa intrinsic behaviors. Sci. Rep. 2023; 13: 1185. https://dx.doi.org/10.1038/s41598-023-28315-7
Bouloorchi Tabalvandani M., Javadizadeh S., Badieirostami M. Bio-inspired progressive motile sperm separation using joint rheotaxis and boundary-following behavior. Lab. Chip. 2024; 24(6): 1636-47. https://dx.doi.org/10.1039/d3lc00893b

Поступила 25.03.2025

Принята в печать 15.05.2025

Макарова Наталья Петровна, д.б.н., в.н.с. отделения вспомогательных технологий в лечении бесплодия им. проф. Б.В. Леонова, Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии им. акад. В.И. Кулакова МЗ РФ, 117997, Россия, Москва, ул. Ак. Опарина, д. 4,
np_makarova@oparina4.ru, https://orcid.org/0000-0003-1396-7272
Капитанникова Алина Юрьевна, м.н.с. лаборатории биофотоники, Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии
им. акад. В.И. Кулакова МЗ РФ, 117997, Россия, Москва, ул. Ак. Опарина, д. 4, a_kapitannikova@oparina4.ru, https://orcid.org/0000-0002-0765-773X
Сысоева Анастасия Павловна, к.б.н., эмбриолог отделения вспомогательных технологий в лечении бесплодия им. проф. Б.В. Леонова, Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии им. акад. В.И. Кулакова МЗ РФ, 117997, Россия, Москва, ул. Ак. Опарина, д. 4,
sysoeva.a.p@gmail.com, https://orcid.org/0000-0002-6502-4498
Чернышев Василий Сергеевич, к.т.н., заведующий лабораторией биофотоники, Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии им. акад. В.И. Кулакова МЗ РФ, 117997, Россия, Москва, ул. Ак. Опарина, д. 4, v_chernyshev@oparina4.ru https://orcid.org/0000-0003-2372-7037
Калинина Елена Анатольевна, д.м.н., профессор, заведующая отделением вспомогательных технологий в лечении бесплодия им. проф. Б.В. Леонова,
Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии им. акад. В.И. Кулакова МЗ РФ, 117997, Россия, Москва, ул. Ак. Опарина, д. 4, e_kalinina@oparina4.ru, https://orcid.org/0000-0002-8922-2878
Сухих Геннадий Тихонович, академик РАН, д.м.н., профессор, директор, Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии им. акад. В.И. Кулакова МЗ РФ, 117997, Россия, Москва, ул. Ак. Опарина, д. 4, g_sukhikh@oparina4.ru, https://orcid.org/0000-0002-7712-1260

Селекция сперматозоидов в программах вспомогательных репродуктивных технологий методами активной микрофлюидики на основе положительного реотаксиса

Макарова Н.П., Капитанникова А.Ю., Сысоева А.П., Чернышев В.С., Калинина Е.А., Сухих Г.Т.

Ключевые слова

Список литературы

Об авторах / Для корреспонденции

Также по теме