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'IVF-Chip' hilft, Bilder von Spermien zu sammeln, die mit Ei verschmelzen

Jedes Säugetier auf diesem Planeten beginnt auf die gleiche Weise: Ein Spermium trifft auf ein Ei und verschmilzt damit. Dieser Prozess ist jedem Biologie-Schüler der achten Klasse bekannt und Bilder der Veranstaltung finden sich in jedem Biologie-Lehrbuch. Trotz dieser Allgegenwart ist die detaillierte Mechanik des Prozesses selbst noch immer ein Rätsel.
Die Forscher filmten das allmähliche Verschmelzen einer Spermienzelle einer Maus mit einer Eizelle einer Maus; Diese Bilder zeigen über 100 Minuten, in denen die Samenzelle langsam in die Membran und das Zytoplasma der Eizelle assimiliert wird.
Bildnachweis: Benjamin Ravaux

Nun versprechen neue Techniken - mit einem "IVF-Chip" -, die kürzlich auf der 60. Jahrestagung der Biophysical Society in Los Angeles, Kalifornien, präsentiert wurden, neue Erkenntnisse darüber, wie eine einzelne Samenzelle mit einer Eizelle verschmilzt.

Die Forscher hoffen, dass die neuen Techniken uns helfen werden, die Ursachen von Unfruchtbarkeit besser zu verstehen und Behandlungen zu verbessern.

Benjamin Ravaux, Doktorand der Physik an der Ecole Normale Supérieure de Paris in Frankreich, beschrieb auf der Tagung, wie er und seine Kollegen mit dem "völlig neuen Ansatz" hochauflösende Bilder von den Ereignissen auf der Membran von die Eizelle während der Säugetierdüngung.

Ravaux sagt, dass der "IVF-Chip" ein "einzigartiges Werkzeug ist, um die Kaskade von molekularen und Membranereignissen während des Befruchtungsprozesses zu beobachten", unter Bedingungen, die das nachahmen, was in der Natur geschieht.

Die Idee und das Design des Geräts sind das Ergebnis der Expertise in den Bereichen Biophysik, Fertilisation und assistierte Reproduktion (ART) - einschließlich der In-vitro-Fertilisation (IVF).

Im Mittelpunkt des neuen Ansatzes steht ein "IVF-Chip" - ein mikrofluidisches Gerät, das aus einem elektronischen Chip besteht, der mehrere Schichten aus Siliziumpolymer umfasst, die auf einem Glasobjektträger versiegelt sind.

Das Design des Chips ermöglicht, dass eine Samenzelle in der unteren Schicht gehalten wird, wobei eine Eizelle darüber in einem "Eierbecher" gehalten wird. Am Boden des Eierbechers befindet sich eine winzige Öffnung mit einer Breite von etwa 30 Mikron (etwa die Hälfte der Breite von Menschenhaaren).

Bilder der Befruchtung "wie es vorkommt"

Wenn sie in die untere Schicht des Chips eingeführt wird, schwimmt eine Samenzelle durch die Öffnung und verschmilzt mit dem Ei, das in dem Eierbecher gehalten wird.

Der Chip ist kompatibel mit der konfokalen Mikroskopie und anderen Bildgebungssystemen, so dass die Forscher hochauflösende Bilder und Filme des Befruchtungsprozesses aufnehmen können.

Die Bilder zeigen, was mit der Samenzelle passiert, wenn sie auf die Membran der Eizelle trifft. Sie zeigen, dass die beiden Zellen ihre Membranen im Laufe der Zeit verschmelzen und die Samenzelle allmählich in die Eizelle absinkt.

Die Wissenschaftler sahen auch, wie die DNA im Sperma in das Zytoplasma des Eies - die Flüssigkeit, die den Kern der Eizelle umgibt - assimiliert wurde.

Ravaux erklärt, dass die neue Technik Wissenschaftlern die Möglichkeit bietet, einen Bereich der Reproduktionsbiologie zu erforschen, der aufgrund fehlender Werkzeuge bisher weitgehend unerforscht geblieben ist.

Der IVF-Chip unterscheidet sich von dem, was vorher versucht wurde, weil es Wissenschaftlern erlaubt zu beobachten, was passiert, wenn nur eine Samenzelle mit einem Ei verschmilzt. Andere Versuche, dies zu tun, mussten sich damit begnügen, mehrere Spermien zu beobachten, die mit der Membran der Eizelle in Kontakt kamen.

Ravaux sagt, dass die Technik mit anderen Ansätzen - wie fluoreszierenden Antikörpern oder genetisch modifizierten Tieren - kombiniert werden könnte, um neue Einblicke in die Membranereignisse des Prozesses Spermien trifft auf Ei zu ermöglichen. Er schließt:

"Ein verbessertes Verständnis der molekularen und physikalischen Mechanismen, die für die Befruchtung verantwortlich sind, könnte letztendlich zu besseren Methoden zur Diagnose der Ursachen von Unfruchtbarkeit führen und verbesserte personalisierte Medizinbehandlungen."

Aus einer kürzlich veröffentlichten Studie Medizinische Nachrichten heute erfahren, wie Wissenschaftler in China funktionierende Spermien aus Stammzellen hergestellt haben, was die Hoffnung weckt, dass der Ansatz eines Tages zur Behandlung männlicher Unfruchtbarkeit eingesetzt werden könnte.

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