新技术准确呈现高速运动的精子细胞，有助体外受精

以色列特拉维夫大学的研究人员近日开发出一种安全又准确的3D成像方法，可以鉴定高速移动的精子细胞。这项研究由特拉维夫大学生物医学工程系的Natan Shaked教授领导，发表在《Science Advances》杂志上。

有了这项新技术，医生能够在体外受精（IVF）的治疗过程中选择质量最高的精子，并采用显微操作技术直接将精子注射到卵细胞胞浆内，使卵子受精，从而增加女性怀孕和诞下健康婴儿的机会。

体外受精技术的发明大大解决了生育问题。Shaked教授表示：“目前，最常见的体外受精类型是胞浆内精子注射（ICSI），这需要由临床胚胎学家选择精子并注射到女性卵子中。为此，人们精心挑选精子细胞，以便形成健康的胚胎。”

在自然受精的情况下，最快到达卵子的精子通常被认为有着高质量的遗传物质。前向运动（progressive movement）使得“最佳”精子能够克服女性生殖系统的真正障碍。然而，胚胎学家却无法利用这种自然选择的过程。

Shaked解释说：“精子细胞不仅行动迅速，而且在常规的光学显微镜下大多是透明的，而体外受精过程也不能够对细胞进行染色。现有的成像技术可能导致胚胎损伤，因此也是禁止的。在这种情况下，精子细胞的选择主要是依据其外部特征和运动活力，这与女性体内的自然环境有很大不同。”

为此，研究人员希望开发出一种全新的成像技术，能够提供单个精子细胞的尽可能多的信息，并且不需要细胞染色来增强对比度。他们的目标是选择出最佳的精子，用于体外受精治疗。最终，他们选择了计算机断层扫描（CT）技术来完成精子细胞成像的独特任务。

标准的计算机断层扫描是围绕对象旋转并发出X射线，产生多个投影，最终形成人体的3D图像。不过，精子的情况更复杂一点，因为无法围绕这个微小的物体旋转。于是研究人员就依靠精子本身的自然特征：它的头部在向前运动期间不断旋转。

Shaked教授介绍，他们采用了弱光，而不是X射线，因此不会对细胞造成损伤。他们在超快运动的过程中记录了精子细胞的全息图，并根据其折射率确定了各种内部成分。这样，不需要染色，也能创建准确的动态图像。

精子细胞的4D重建（图片来自原文）

利用这种技术，研究人员能够以极高的分辨率获得精子的清晰CT图像。“我们能够在精子头部快速移动时对其进行高分辨率成像，而无需使用可能会影响胚胎的染色方法。这项新技术大大改善了体外精子细胞的选择，从而增加了女性怀孕和诞下健康婴儿的机会，”Shaked教授说。

他打算利用这项技术来阐明精子的3D运动、结构和成分与受精能力和妊娠能力之间的关系，以帮助诊断男性的不育问题。他认为，这种成像技术未来有望应用在其他医学领域