CNSH. Nguyễn Thị Trang, CNSH. Nguyễn Thị Cẩm Nhung - IVFMD Tân Bình - Bệnh viện Mỹ Đức
 
Tổng quan
Độ di động tinh trùng đóng vai trò quan trọng trong quá trình thụ tinh tự nhiên, ảnh hưởng đáng kể đến sự thành công của thụ tinh và sức khỏe của trẻ. Trong hỗ trợ sinh sản, tinh trùng có độ di động cao cho phép áp dụng các phương pháp điều trị ít xâm lấn hơn, cho tỷ lệ thụ tinh, làm tổ và thai lâm sàng cao hơn. Điều này đã thúc đẩy sự ra đời của một số loại thuốc nhằm kích thích di động cho tinh trùng như pentoxifylline, theophylline và các chất ức chế phosphodiesterase. Tuy nhiên, việc sử dụng các loại thuốc này tại các trung tâm hỗ trợ sinh sản còn nhiều hạn chế do độc tính tiềm ẩn đến phôi thai, nguy cơ lên khả năng sống của tinh trùng, nhu cầu rửa nhiều làm tăng sinh ROS và tổn thương DNA tinh trùng.
 
Tinh trùng sử dụng hai con đường chuyển hóa chính để tạo năng lượng ATP cần cho sự di động: Phosphoryl hóa oxy hóa (OXPHOS) và đường phân (glycolysis). Trong đó, con đường OXPHOS trong ty thể đóng vai trò chính cho hoạt động chức năng và di động của tinh trùng, được điều hòa qua các cơ chế  truyền ion Ca2+ qua ty thể. Do đó nếu ty thể tinh trùng bất thường như số lượng ty thể ở phần giữa ít hoặc mất trật tự sẽ dẫn đến rối loạn chức năng tinh trùng và trong một số trường hợp gây giảm di động của tinh trùng nghiêm trọng. Vì vậy, tăng cường chuyển hóa ty thể để cải thiện khả năng di động của tinh trùng có thể mang lại cơ hội điều trị mới.
Hệ thống Acoustofluid sử dụng các sóng âm bề mặt (SAW-surface acoustic waves) để phân tích từng tế bào riêng lẻ và được sử dụng trong công nghệ mô. Trong hệ thống này, sóng âm lan truyền từ một chất nền áp điện vào chất lỏng để tạo nên sự dịch chuyển của các hạt hoặc tế bào để phân loại. Những sóng âm này có tác dụng làm tăng quá trình trao đổi chất, và có nghiên cứu đã chứng minh được hiệu quả của sóng âm trong việc làm tăng khả năng di động của tinh trùng ở người và bò đực. Tuy nhiên, do tính chất của sóng âm có xu hướng đẩy tinh trùng khỏi vị trí cũ dẫn đến việc theo dõi đường đi của tinh trùng trở nên khó khăn. Do đó, trong nghiên cứu này nhóm tác giả sử dụng vi giọt chất lỏng (droplet microfluidics) để cô lập từng tinh trùng trong từng giọt riêng lẻ, từ đó có thể xác định ảnh hưởng của sóng siêu âm lên từng tế bào trước và sau khi tiếp xúc. Trong nền tảng này, các chất lỏng không hòa tan được hợp nhất để tạo ra dòng chảy hai pha, kích thước giọt và tốc độ tạo giọt được kiểm soát bằng hình dạng kênh và tốc độ dòng chảy, từ đó giúp đánh giá từng tinh trùng riêng lẻ trong từng giọt.
 
Vật liệu và phương pháp
Nghiên cứu sử dụng 16 mẫu bệnh phẩm từ 3 người hiến (20-40 tuổi). Mật độ tinh trùng khoản 20-60tr/ml. Tinh trùng được lọc rửa bằng phương pháp swim-up. Mật độ tinh trùng cuối cùng được điều chỉnh ở mức 1,4 triệu/ml, và thu thêm tinh trùng di động kém mặt giữa của ống ly tâm. Tỷ lệ sống/chết được đánh giá bằng LIVE/DEAD assay, và MMP assay dùng để đánh giá thế năng màng ty thể. Nền tảng Droplet acoustofluidic gồm thiết bị tạo giọt trên polydimethylsiloxane (PDMS) với chất nền Lithium Niobate (LN). Tinh trùng được tách trong vi giọt bằng cách sử dụng hai dòng chảy: dòng chảy có chứa tinh trùng và dòng chảy còn lại chứa dầu tương thích sinh học. Các giọt được cố định trong khoang và tinh trùng được chụp ở tốc độ 20 khung hình/giây trong 20 giây trước, trong và sau khi tiếp xúc sóng siêu âm (40MHz, 800mW) để phân tích di động.
Độ di động của tinh trùng được đánh giá theo các thông số, bao gồm: VCL (vận tốc dọc theo đường cong), VAP (vận tốc đường trung bình), VSL (vận tốc dọc theo đường thẳng), ALH (biên độ dao động bên của đầu tinh trùng), BCF (tần số giao nhau giữa di chuyển theo đường cong và đường di chuyển trung bình) và LIN (khả năng di chuyển tuyến tính của tinh trùng VSL/VCL) theo tiêu chuẩn WHO 2021. Tinh trùng tiến tới nhanh (A):VSL ≥ 25 μm/s, tiến tới chậm (B): 5 ≤ VSL < 25 μm/s, và không tiến tới hoặc bất động (C): VSL < 5 μm/s.
 
Kết quả
Độ di động tinh trùng cải thiện rõ rệt sau 20 giây tiếp xúc với sóng siêu âm: từ quần thể ban đầu có 36%C, 38%B, 26%A chuyển thành 10%C, 42%B, 48%A. Cụ thể, 61% tinh trùng loại C chuyển sang B, 11% từ C sang A, và 47% từ B sang A. Kết quả còn cho thấy không có thay đổi đáng kể nào về tính toàn vẹn DNA và tỷ lệ sống, cho thấy tính tương thích sinh học và không xâm lấn của phương pháp.
Để đánh giá loại di động nào được cải thiện nhiều nhất sau khi tiếp xúc với sóng siêu âm, nhóm nghiên cứu đã đánh giá sự thay đổi trong các thông số di động đối với các tinh trùng được nhóm lại dựa trên các giá trị VSL trước khi tiếp xúc của chúng. Kết quả chỉ ra rằng, tinh trùng loại C có sự cải thiện di động đáng kể nhất ở tất cả các thông số (tăng 109% giá trị VCL, 159% VAP, 112% ALH, 44% BCF và 153% LIN). Tinh trùng loại B cải thiện VCL, VAP, BCF lần lượt 27%, 48%, 16%, trong khi loại A chỉ tăng VCL (20%). Tóm lại, những tinh trùng di động yếu hoặc bất động có sự cải thiện di động đáng kể sau khi tiếp xúc với sóng âm, và tinh trùng loại C cải thiện độ di động cao gấp 11 đến 38 lần về các thông số di động so với tinh trùng loại B và A, tương ứng. 
Ngoài ra, sóng siêu âm giúp phát hiện tinh trùng sống trong quần thể bất động với 34% có biểu hiện cử động sau khi tiếp xúc. Trong đó, 25% tinh trùng sống nhưng bất động ban đầu chuyển sang trạng thái di động tiến tới (bao gồm 5%A, và 20%B) với với VSL tăng 2348% và VCL 435% (P<0.0001), và 9% có cử động co giật với VCL tăng 268% (P<0,0001). Do đó, phương pháp này cung cấp một công cụ không xâm lấn đầy hứa hẹn có khả năng chọn tinh trùng sống từ các mẫu thủ thuật để sử dụng trong ICSI.
Nhằm làm rõ cơ chế tăng khả năng di động của tinh trùng do sóng siêu âm, nhóm nghiên cứu đã đánh giá thế năng màng ty thể (MMP). Sự thay đổi mức độ MMP cho thấy có sự thay đổi về nguồn cung cấp năng lượng bên trong tế bào, có thể ảnh hưởng đến quá trình sản xuất ATP và độ di động. Kết quả cho thấy, sau khi tiếp xúc với sóng siêu âm, độ di động của tinh trùng tăng lên đi kèm với sự giảm đáng kể về mặt thống kê của MMP, cho thấy rằng tiếp xúc với sóng siêu âm có khả năng điều hòa chức năng ty thể.
 
Bàn luận
Sóng siêu âm làm tăng độ di động của tinh trùng, đặc biệt là cải thiện rõ rệt nhất đối với tinh trùng di động kém (lên đến 266%). Tinh trùng loại A, B bơi nhanh hơn 32% theo đường cong trung bình và trở nên di động tiến tới hơn, trong khi tinh trùng loại C có sự cải thiện đáng kể về độ di động. Tuy nhiên, hiệu ứng này có thể bị giới hạn bởi tốc độ tổng hợp ATP của ty thể. Thử nghiệm trên tinh trùng bất động cho thấy hơn 34% chuyển sang di động, trong đó 25% tiến tới và 9% co giật. Phương pháp sử dụng sóng siêu âm này cung cấp công cụ không xâm lấn, giúp tăng cường di động của tinh trùng, đồng thời bảo toàn DNA và tỷ lệ sống.
Sự giảm điện thế màng (MMP) khi tinh trùng tiếp xúc với sóng siêu âm có thể do tăng hấp thu Ca2+ ở ty thể, tăng tốc độ đường phân hoặc thủy phân ATP ở đuôi. Trong kỹ thuật IVF, mật độ và khả năng di động của tinh trùng quyết định kết quả thụ tinh, với tỷ lệ di động trên 40% giúp tăng cơ hội thụ tinh lên 15%. Việc sử dụng sóng siêu âm không chỉ làm tăng số lượng tinh trùng di động mà còn thúc đẩy khả năng di động tiến tới, đồng thời không ảnh hưởng đến tính toàn vẹn DNA và tỷ lệ sống, do đó công nghệ không xâm lấn này có thể được tích hợp với thiết bị IVF để cải thiện tỷ lệ thụ tinh và thành công. 
Cải thiện khả năng di động của tinh trùng bất động bằng sóng siêu âm đã mở ra phương pháp điều trị mới cho các trường hợp tinh trùng yếu nặng và mẫu thủ thuật từ bệnh nhân vô tinh. Việc lựa chọn tinh trùng sống để thực hiện ICSI trên các mẫu này gặp nhiều khó khăn, dẫn đến tỷ lệ thất bại cao do chỉ có thể tìm thấy và tiêm tinh trùng bất động vào noãn. Do đó, nhiều phương pháp đã được phát triển nhằm kích thích khả năng cử động nhẹ cho tinh trùng còn sống để sử dụng cho ICSI. Tuy nhiên những phương pháp này còn thiếu tính chính xác, xâm lấn, tốn kém và có nguy cơ gây tổn thương DNA. Nghiên cứu cho thấy siêu âm tần số 40MHz và công suất 800mW có thể kích thích di động hơn 1/3 tinh trùng bất động còn sống, giúp mang lại một phương pháp nhanh chóng, không xâm lấn để lựa chọn tinh trùng sống từ mẫu sinh thiết của bệnh nhân vô tinh.
 
Kết luận:
Nghiên cứu cho thấy sóng siêu âm có thể cải thiện độ di động của tinh trùng lên đến 266%. Khi sử dụng siêu âm công suất 800 mW và tần số 40MHz, 72% tinh trùng không tiến tới chuyển sang di động tiến tới, và hơn 34% tinh trùng bất động sống chuyển sang di động. Phương pháp này hứa hẹn ứng dụng trong hỗ trợ sinh sản cho các trường hợp vô sinh nam nghiêm trọng như tinh trùng yếu, nâng cao tỷ lệ thụ tinh và thành công trong IVF. Sóng siêu âm cũng có khả năng xác định tinh trùng sống nhưng bất động một cách không xâm lấn chỉ trong vài giây, mang lại tiềm năng lớn trong việc cải thiện kết quả ICSI. Các nghiên cứu tiếp theo bao gồm việc khám phá sâu hơn về cơ chế tăng cường khả năng di động, đánh giá khả năng tích hợp phương pháp này với các nền tảng hỗ trợ sinh sản, và ảnh hưởng của sóng siêu âm lên chất lượng phôi thai.
 
Nguồn tham khảo: Ali Vafaie, Mohammad Reza Raveshi, Citsabehsan Devendran và cs. Making immotile sperm motile using high-frequency ultrasound. Science Advances. 2024; 10(7): eadk2864.
           

Từ khóa: sóng siêu âm tần số cao, độ di động tinh trùng, hệ thống acoustofluidic