Integralność i funkcjonalność błon plemników to tylko niektóre z czynników wskazujących na żywotność plemników i potencjał zapłodnienia. Błona plazmatyczna działa jak bariera między przedziałami wewnątrzkomórkowymi i zewnątrzkomórkowymi, utrzymując w ten sposób komórkową równowagę osmotyczną1. Każdy stres, który powoduje uszkodzenie integralności błony komórkowej, może upośledzać homeostazę, zmniejszać żywotność i zdolność zapłodnienia oraz zwiększać śmierć komórek. Na przykład kriokonserwacja zmniejsza żywotność plemników z powodu uszkodzenia ich błony plazmatycznej w wyniku zmian temperatury i stresu osmotycznego2. Wcześniej informowaliśmy, że wystawienie nasienia buhaja na działanie niskich stężeń zanieczyszczeń przenoszonych przez żywność, takich jak pestycyd atrazyna, jej główny metabolit diaminochlorotriazyna lub mikotoksyna aflatoksyna B1, zmniejsza żywotność plemników1,3. Ustalono to poprzez znakowanie dwuniciowego DNA DAPI w połączeniu z PI, który wiąże się z DNA komórek z uszkodzoną błoną plazmatyczną.
Reakcja akrosomów (AR) polega na fuzji zewnętrznej błony akrosomowej i leżącej nad nią błony plazmatycznej, co prowadzi do uwolnienia enzymów akrosomalnych4,5. Są to zdarzenia niezbędne do penetracji osłony przejrzystej i dalszego łączenia plemnika z oocytem6. Dlatego ocena integralności błony akrosomalnej stanowi użyteczny parametr do oceny jakości nasienia i płodności samców7,8,9. Do weryfikacji integralności akrosomów nadaje się kilka technik fluorescencyjnych, FITC-PNA lub FITC-PSA8,10. W naszych poprzednich badaniach, korzystając z wzorców barwienia FITC-PSA1,3, przedstawiliśmy dokładne definicje (i) nienaruszonego akrosomu, (ii) uszkodzonej błony akrosomu i (iii) przereagowanego akrosomu. W bieżącym raporcie oceniamy stan akrosomów za pomocą cytometrii przepływowej dedykowanej plemnikom i porównujemy wyniki z wynikami za pomocą mikroskopii fluorescencyjnej.
Mitochondria to wielofunkcyjne organelle zaangażowane między innymi w syntezę ATP, produkcję reaktywnych form tlenu, sygnalizację wapnia i apoptozę. Dysfunkcje fizjologiczne, w tym niepłodność męska i żeńska, są związane ze zmienioną funkcją mitochondriów11. Mitochondria plemników są rozmieszczone w części środkowej i odgrywają kluczową rolę w ruchliwości plemników12. Powszechnie przyjmuje się, że wysoki potencjał błony mitochondrialnej (ΔΨm) wiąże się z normalną ruchliwością i wysoką zdolnością do nawożenia13. Natomiast niski ΔΨm wiąże się z podwyższonym poziomem reaktywnych form tlenu i zmniejszoną szybkością nawożenia14. Niemniej jednak różne związki środowiskowe, na przykład substancje zaburzające gospodarkę hormonalną, mogą wywoływać stres komórkowy i prowadzić do przejściowego wzrostu ΔΨm, hiperpolaryzacji1,3, zwiększona produkcja wolnych rodników i ostatecznie apoptoza15. Sonda fluorescencyjna 5,5',6,6'-tetra-chloro-1,1',3,3'-tetraetylobenzimidazolylo-jodku karbocyjaniny (JC-1) umożliwia badanie m.in. wpływu toksyn przenoszonych przez żywność na plemniki ΔΨm1,3.
Standardowe spermiogramy, oparte na parametrach fizjologicznych i morfologicznych, nie są wystarczająco dobre, aby przewidzieć jakość nasienia. Aby zapewnić jakość nasienia, potrzebne są dokładniejsze metody. W tym miejscu przedstawiamy dwie możliwe metody określania jakości nasienia na podstawie oceny błon plemników: jednoczesne poczwórne barwienie za pomocą specyficznych sond fluorescencyjnych i mikroskopię fluorescencyjną, opisane w naszych badaniach1,3 oraz zaawansowana cytometria przepływowa dedykowana plemnikom, niedawno wykorzystana w naszym laboratorium i już używana przez innych16,17,Rozdział 18.