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19.05.10 Forscher zeichnen präzise chemische Landkarten von Spermien auf

Chemische Landkarten

Schnelltest zur Unterscheidung von fruchtbaren und unfruchtbaren Spermien mit Raman-Spektroskopie

Bochumer Chemikern ist es gelungen, gesunde und beschädigte Spermien anhand ihrer spektralen, chemischen Signatur in Sekundenschnelle zu unterscheiden. Die Technik hat das Potential für einen neuartigen Fertilitätstest, der nicht nur morphologische sondern auch chemische Signaturen berücksichtigt.

Abb. 1: a) Aufnahme von menschlichen Spermium im Hellfeldmikroskop. b) Chemische Landkarte, die aus Raman-Messungen des einzelnen Spermiums im roten Feld ermittelt wurde. Mit Hilfe der Analyse eines Wellenbereichs von 400-3400 cm−1 werdem chemisch ähnliche Gebiete spezifisch eingefärbt. Man kann Kern (grün), Hals (rot), und ein Mittelstück (gelb) unterscheiden. In Blau wird zusätzlich die Intensität von C-H-Streckschwingungen (2850–3000 cm−1) angegeben.
Quelle: Martina Havenith, Ruhr-Universität Bochum, Analyst - mit freundlicher Genehmigung der Royal Society of Chemistry

Der Motor des Rennwagens Spermium

Die Natur hat Spermien ähnlich wie einen Rennwagen auf ihre Funktion optimiert. Sie bestehen aus verschiedenen subzellulären Organellen und enthalten u.a. Mitochondrien. Mitochondrien sind die Kraftwerke, die die Energie für die Bewegung und Motilität von Spermien liefern, ein wichtiger Faktor für die Befruchtung. Das RUB-Forscherteam konnte feststellen, dass zelluläre Schäden auf molekularer Ebene in den Mitochondrien vorhanden sein können, obwohl Änderungen in Form und Morphologie nicht nachweisbar sind. Dies unterstreicht, dass neben der Morphologie, die üblicherweise für die Charakterisierung von Spermien verwendet wird und in Richtlinien der WHO Manual for Andrology Laboratories vorgegeben ist, nun auch chemische Signaturen zur Charakterisierung aufgenommen werden sollten.

Organellen werden bildlich dargestellt

Das Forscherteam konnte ohne zusätzliche Markierung dreidimensionale, hochaufgelöste chemische Karten erstellen. Dabei nutzt die verwendete Raman-Mikroskopie die charakteristischen Schwingungen der einzelnen Moleküle, um so einen Fingerabdruck der einzelnen zellulären Komponenten zu erhalten. Zusammengesetzt zu einer chemischen Landkarte werden damit Organellen von Spermien visualisiert. Zusätzlich zur optischen Bildinformation wird erstmals die chemische Zusammensetzung von Spermien direkt abgebildet..

Abb. 2: Detail-Spektren von drei einzelnen Punkten aus a) Halsbereich, b) Kern und c) Mittelstück. Die drei Spektren unterscheiden sich klar aufgrund der chemischen Zusammensetzung. So wird Spektrum b) bei 788 cm−1 deutlich von Banden dominiert, die Nukleinsäuren zugeordnet werden können.
Quelle: Martina Havenith, Ruhr-Universität Bochum, Analyst - mit freundlicher Genehmigung der Royal Society of Chemistry

Standards ergänzen

Diese Entdeckung könnte dazu führen, dass Standards zur Bestimmung von gesunden und geschädigten Spermien in Zukunft um objektive chemische Marker ergänzt werden, was insbesondere aufgrund der in den letzten 50 Jahren in Durchschnitt weltweit dramatisch gesunkenen Spermienzahl und Beweglichkeit besondere Bedeutung zur Aufklärung der Ursachenkette haben kann.

Quelle:

Confocal Raman microspectroscopy as an analytical tool to assess the mitochondrial status in human spermatozoa
Konrad Meister, et. al., Analyst 2010, DOI: 10.1039/b927012d

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Forscher zeichnen präzise chemische Landkarten von Spermien auf
(URL: https://www.organische-chemie.ch/chemie/2010/mai/spermien.shtm)

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