2021 Fiscal Year Annual Research Report
Biomechanics of collective sperm swimming as active matter and its application to analysis of morphological evolution
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18K12052
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
百武 徹 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (20335582)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
安井 学 地方独立行政法人神奈川県立産業技術総合研究所, 電子技術部, 主任研究員 (80426361)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 集団遊泳 / マイクロ流体チップ / 走流性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
哺乳類の卵管内構造の特徴として，精子の体長と同程度の幅のマイクロスケールの溝が多数あることに注目し，ソフトリソグラフィ技術を用いて溝部分だけを取り出した幅数十μｍのマイクロ流路を数十本連ねた形状のマイクロ流体チップを制作し，流路内の精子の運動特性について調査を行った．本マイクロ流体チップは精子の走流性を利用した回収法であり，その使用用途について検討も行った．その結果，本研究で使用したマイクロ流体チップを用いることで，ある範囲内の流路内流速において高運動性精子を回収することができた．精子濃度の評価の結果，低流速条件では体外受精に，高流速条件では顕微授精に適していることが示唆された．さらに，実際に精子が遊泳する卵管内粘液特性として粘弾性を有していることに注目し，粘弾性流体中を遊泳する精子の運動特性の調査を行った，種雄牛から採精された新鮮精液にポリアクリルアミドを含む粘弾性溶液を混合させ，疑似的に子宮頚管粘液中を精子が遊泳する環境を作成した．溶液中の精子遊泳の様子を顕微鏡で観察した結果，特定の精子濃度，および粘弾性特性において，複数の精子が鞭毛を同調させながら並走して集団的な遊泳を行うことが明らかとなった．これは実環境下において精子は集団で遊泳しながら効率的に卵子へ向かっていることを示唆している．加えて，実験に基づく精子群の母集団データを入力値とした精子遊泳モデルの構築を行った．本モデルでは走流性や走触性といった精子固有の遊泳特性を反映させており，卵管内の精子遊泳と同じ時空間スケールでの精子運動を追跡することが可能である．本モデルの再現性を検証するため，テーパ部をもつマイクロ流路内の精子遊泳挙動の予測を行った．その結果，in vitro実験と同等の流速範囲において運動良好精子のみがテーパ部に集積することが明らかとなった．
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