З огляду на тенденцію до зниження чоловічої фертильності, сортування сперматозоїдів є важливим кроком у допоміжних репродуктивних технологіях (ДРТ), оскільки можливість відбору якісних сперматозоїдів з гетерогенного зразка сперми збільшує рівень запліднення, вагітності та живонародження, одночасно знижуючи ризик генетичних аномалій. Зразки сперми містять мозаїку субпопуляцій сперматозоїдів з різними моделями рухливості та різноманітною морфологією. Деякі клітини мають більшу рухливість, деякі є більш життєздатними, деякі мають кращу морфологію, а інші мають більше інтактного хроматину. Стан хроматину сперматозоїдів на момент запліднення може впливати на подальший розвиток ембріона.
Сьогодні для лікування чоловічого безпліддя часто використовується процедура, яка називається інтрацитоплазматичною ін'єкцією сперматозоїдів (ICSI). Вона передбачає введення одного сперматозоїда безпосередньо в яйцеклітину. Однак для цього процесу ембріологи шукають сперматозоїди найвищої якості. Наразі ембріологи відбирають сперматозоїди на основі того, як вони виглядають та рухаються. Стандартні процедури включають техніку «swim-up» та розділення за градієнтом щільності. Метод «swim-up», базується на доказах того, що сперматозоїди зі зрілим генетичним матеріалом та покращеною морфологією мають тенденцію плавати проти потоку рідини. Розділення за градієнтом щільності може відібрати життєздатні сперматозоїди. Але там, де кількість сперматозоїдів низька або рухливість сперматозоїдів знижена, ці та інші методи не є найефективнішими способами відбору високоякісних сперматозоїдів.
Мікрофлюїдика – це поєднання біотехнології, хімії, інженерії, нанотехнологій та фізики. Данна технологія дозволяє обробляти рідини в надзвичайно малих об'ємах, часто через крихітні канали, вигравірувані на чіпі. Завдяки повністю вбудованим об'ємам, мікрофлюїдні чіпи гарантують точніший контроль умов інкубації порівняно з методами градієнтного центрифугування та сприяють швидкій обробці.
Мікрофлюїдні системи сприяють неінвазивній ідентифікації та якісному відбору сперматозоїдів з точки зору життєздатності, функціональної здатності, морфології та цілісності ДНК. Така система дозволяє швидше та легше сортувати сперматозоїди, точніше відповідаючи методу природного відбору сперматозоїдів.
Пробираючись до яйцеклітини, сперматозоїди рухаються по крихітних мікроканалах слизової оболонки від шийки матки до матки — середовище, яке діє як природний фільтр для відбору функціональних сперматозоїдів. Перевага мікрофлюїдного чіпа полягає в тому, як він імітує середовище in vivo. Таким чином, середовище в цьому пристрої для відбору сперматозоїдів на основі рухливості має бути подібним до цервікального слизу з незначним або відсутнім побічним ефектом. Гіалуронова кислота та метилцелюлоза є поширеними альтернативами цервікальному слизу, оскільки було виявлено, що вони діють подібно до нього.
Методи мікрофлюїдного сортування сперматозоїдів умовно поділяються на три типи: ті, що ізолюють лише рухливі сперматозоїди, ті, що розділяють сперматозоїди, не покладаючись на їх рух, та ті, що контролюють та вибирають окремі сперматозоїди . Загалом, субпопуляція, відібрана за допомогою цих підходів, майже на 80% рухлива та перевершує за структурою та цілісністю ДНК необроблені сперматозоїди.
Більшість мікрофлюїдних систем для сперми використовують декількома принципами. Принцип рухливості та реотаксису у поєднанні з комп'ютерним аналізом сперми (мікрофлюїдні пристрої для сперми можуть генерувати контрольовані швидкості потоку, де високорухливі сперматозоїди плавають і залишаються «ув'язненими» в мікрофабрикованих каналах). Принцип хемотаксису: потік та хімічні просторові градієнти можна точно контролювати в мікрофлюїдних пристроях для залучення сперматозоїдів, що реагують на гормональні сигнали (наприклад, прогестерон), з метою вилучення фракції найвищої якості з кожного обробленого зразка. Принцип термотаксису: шляхом відтворення природної поведінки сперматозоїдів, яка керується тепловим градієнтом у фаллопієвій трубі, були розроблені мікрофлюїдні пристрої для відбору капацитованих сперматозоїдів. Принцип інерційного фокусування: мікрофлюїдні пристрої, переважно з одинарною або подвійною спіральною формою, здатні відокремлювати сперматозоїди від несперматозоїдів менш ніж за 10 хвилин на основі багатовимірного подвійного спірального пристрою з методом рециркуляції на основі зворотного клапана. Таке розділення може бути досягнуто без попередньої підготовки зразка або промивання та не залежить від в'язкості зразка пацієнта.
Після обробки в мікрофлюїдних чіпах спостерігалася значно нижча концентрація. Цей ефект є очікуваним, оскільки мікрофлюїдні чіпи дозволяють використовувати обмежений об'єм зразка для обробки, зазвичай від 500 мкл до 850 мкл, тоді як звичайні методи можуть використовувати до всього об'єму зразка, враховуючи загальну кількість сперматозоїдів. Що стосується рухливості сперматозоїдів, аналіз показав значне покращення як прогресивної, так і загальної рухливості при використанні мікрофлюїдних чіпів. Це свідчить про те, що, оскільки сперматозоїди мігрують через канали, ті, що мають нижчу рухливість, поступово фільтруються. Отже, лише сперматозоїди з оптимальною рухливістю досягли завершальної стадії.
Нещодавні дослідження зразків сперми зі збільшеними дволанцюговими розривами (DSB) також свідчать про покращення результатів використання мікрофлюїдного підходу порівняно з традиційними методами обробки сперми, особливо у молодих безплідних пацієнтів. Використання мікрофлюїдного чіпа для сортування сперми порівняно з центрифугуванням у градієнті щільності та методом «swim-up» продемонструвало значно кращі клінічні результати, включаючи: збільшення біохімічних показників вагітності на 28,3%; клінічних показників вагітності на 35,6%; і живонародження на 35,3% у порівнянні з першим циклом ICSI у парах, де у партнера-чоловіка спостерігався високий рівень дволанцюгових розривів у ДНК сперматозоїдів. Крім того, було продемонстровано на 11,2% збільшення показників запліднення у пацієнтів з аномальними значеннями одноланцюгового розриву (SSB), що супроводжувалися вищими показниками ембріональної еуплоїдності, коли використовувався мікрофлюїдний підхід, порівняно з парами, зразки сперми яких оброблялися методами градієнта щільності. Цікаво, що мікрофлюїдний підхід показав покращені результати у випадках олігоспермії.
Мікрофлюїдний метод може бути корисними у випадках, що включають важке чоловіче безпліддя (низька кількість або рухливість сперматозоїдів), високу фрагментацію ДНК сперматозоїдів або для пар з попередніми невдачами ЕКЗ.
Дана методика не інтегрована в рутинну клінічну практику, її використання слід розглядати в окремих випадках (таких як пацієнти з поганою морфологією або рухливістю сперматозоїдів або попереднім невдалим циклом). Слід зазначити, що не кожен цикл ЕКЗ може вимагати впровадження такої методики. Рішення щодо лікування та вибору стратегії завжди повинні бути засновані на доказах та індивідуалізовані.