Comparison of flow cytometry-based apoptosis detection methods for measuring of human native and cryopreserved spermatozoids viability

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The aim of the study was to compare the ability of various media for cryopreservation of sperm to ensure their viability after thawing and to assess the possibility of using Narcissus pseudonarcissus lectin to determine the viability of native and cryopreserved human sperm by flow cytometry.

Materials and methods. Used ejaculate 54 men aged 26 to 47 years, undergoing treatment for infertility. The control was a native ejaculate, which was also used for the in vitro fertilization procedure. Four parallel samples were frozen using various commercial media. After storage and thawing, spermatozoa viability was assessed by flow cytometry using three dyes and Narcissus pseudonarcissus lectin.

Results. All assays showed that cryopreservation led to a twofold decrease of sperm viability, dye to the changes in the composition and properties of cell membrane, decrease in mitochondrial membrane potential, as well as the damages of acrosomal complex and nucleus. The lowest decrease in sperm viability was shown for Quinn’s advantage sperm freezing medium for cryopreservation.

Conclusion. Flow cytometry makes it possible to evaluate with high efficiency sperm viability as the part of in vitro fertilization. The results of viability assessment using daffodil lectin make the prediction of in vitro fertilization outcome more accurate.

About the authors

Anna A. Dotsenko

Institute of Experimental Medicine

Email: annadotsenkoem@gmail.com

applicant, Department of Immunology; Head of the Clinical Embryology Laboratory, Department of Assisted Reproductive Technologies

Russian Federation, Saint Petersburg

Maria K. Serebriakova

Institute of Experimental Medicine

Email: m-serebryakova@yandex.ru

Researcher, Department of Immunology

Russian Federation, Saint Petersburg

Igor V. Kudryavtsev

Institute of Experimental Medicine

Email: igorek1981@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-7204-7850
SPIN-code: 4903-7636

PhD, Head of Immunoregulation Laboratory

Russian Federation, Saint Petersburg

Alexander N. Sukhachev

Institute of Experimental Medicine

Email: 3606940@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-3458-2331
SPIN-code: 8704-3466

PhD, Researcher, Department of Immunology

Russian Federation, Saint Petersburg

Alexander V. Polevshchikov

Institute of Experimental Medicine

Author for correspondence.
Email: ALEXPOL512@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-3342-178X
SPIN-code: 9627-6694
ResearcherId: H-9530-2014

PhD, D.Sci.Biol., Professor, Head of the Department of Immunology

Russian Federation, Saint Petersburg

References

  1. Suarez SS, Pacey AA. Sperm transport in the female reproductive tract. Hum Reprod Update. 2006;12(1):23-37. https://doi.org/10.1093/humupd/dmi047.
  2. World Health Organization, Department of Reproductive Health and Research. WHO laboratory manual for the examination and processing of human semen. 5th ed. Geneva: WHO; 2010. 287 p.
  3. Björndahl L, Söderlund I, Kvist U. Evaluation of the one-step eosin-nigrosin staining technique for human sperm vitality assessment. Hum Reprod. 2003;18(4):813-816. https://doi.org/10.1093/humrep/deg199.
  4. Björndahl L, Söderlund I, Johansson S, et al. Why the WHO recommendations for eosin-nigrosin staining techniques for human sperm vitality assessment must change. J Androl. 2004;25(5):671-678. https://doi.org/10.1002/ j.1939-4640.2004.tb02839.x
  5. Jeyendran RS, Van der Ven HH, Perez-Pelaez M, et al. Development of an assay to assess the functional integrity of the human sperm membrane and its relationship to other semen characteristics. J Reprod Fertil. 1984;70(1):219-228. https://doi.org/10.1530/jrf.0.0700219.
  6. Hossain AM, Rizk B, Barik S, et al. Time course of hypo-osmotic swellings of human spermatozoa: evidence of ordered transition between swelling subtypes. Hum Reprod. 1998;13(6):1578-1583. https://doi.org/10.1093/humrep/ 13.6.1578.
  7. Зурочка А.В., Хайдуков С.В., Кудрявцев И.В., Черешнев В.А. Проточная цитометрия в биомедицинских исследованиях. – Екатеринбург: РИО УрО РАН, 2018. [Zurochka AV, Khaydukov SV, Kudryavtsev IV, Chereshnev VA. Protochnaya tsitometriya v biomeditsinskikh issledovaniyakh. Ekaterinburg: RIO UrO RAN; 2018. (In Russ.)]
  8. Batisse C, Marquet J, Greffard A, et al. Lectin-based three-color flow cytometric approach for studying cell surface glycosylation changes that occur during apoptosis. Cytometry A. 2004;62(2):81-88. https://doi.org/10.1002/cyto. a.20094.
  9. Серебрякова М.К., Доценко А.А., Кудрявцев И.В., Полевщиков А.В. Скрининг панели лектинов для оценки стадий апоптоза тимоцитов мыши // Медицинский академический журнал. – 2019. – Т. 19. – № 3. – С. 57–70. [Serebriakova MK, Dotsenko AA, Kudryavtsev IV, Polevshchikov AV. Lectin panel screening for evaluating of murine thymocytes apoptosis stages. Medical academic journal. 2019;19(3):57-70. (In Russ.)]. https://doi.org/10.17816/MAJ19357-70.
  10. Castedo M, Ferri K, Roumier T, et al. Quantitation of mitochondrial alterations associated with apoptosis. J Immunol Methods. 2002;265(1-2):39-47. https://doi.org/10.1016/s0022-1759(02)00069-8.
  11. Mindukshev I, Kudryavtsev I, Serebriakova M, et al. Chapter 24 – Flow cytometry and light scattering technique in evaluation of nutraceuticals. In: Nutraceuticals: Efficacy, Safety and Toxicity. Elsevier; 2016. P. 319-332. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-802147-7.00024-3.
  12. Wlodkowic D, Skommer J, Darzynkiewicz Z. SYTO probes in the cytometry of tumor cell death. Cytometry A. 2008;73(6):496-507. https://doi.org/10.1002/cyto.a.20535.
  13. Кудрявцев И.В., Головкин А.С., Зурочка А.В., Хайдуков С.В. Современные методы и подходы к изучению апоптоза в экспериментальной биологии // Медицинская иммунология. – 2012. – Т. 14. – № 6. – С. 461–482. [Kudravtsev IV, Golovkin AS, Zurochka AV, Khaidukov SV. Modern technologies and approaches to apoptosis studies in experimental biology. Medical Immunology (Russia). 2012;14(6):461-482. (In Russ.)]. https://doi.org/ 10.15789/1563-0625-2012-6-461-482.
  14. Патент РФ на изобретение № 2689791/ 29.05.18. Доценко А.А., Кудрявцев И.В., Серебрякова М.В., Полевщиков А.В. Способ определения жизнеспособности сперматозоидов человека. [Patent RUS No 2689791/ 29.05.10. Dotsenko AA, Kudryavtsev IV, Serebryakova MV, Polevshchikov AV. Sposob opredeleniya zhiznesposobnosti spermatozoidov cheloveka. (In Russ.)]
  15. Glantz SA. Primer of Biostatistics. 7th ed. New York: McGraw-Hill; 2011.
  16. Petri A, Sabin C. Medical statistics at a glance 3rd ed. London: Wiley-Blackwell; 2013.
  17. Плавинский С.Л. Биостатистика: планирование, обработка и представление результатов биомедицинских исследований при помощи системы SAS. – СПб.: СПбМАПО, 2005. [Plavinskiy SL. Biostatistika: planirovanie, obrabotka i predstavlenie rezul’tatov biomeditsinskikh issledovaniy pri pomoshchi sistemy SAS. Saint Petersburg: SPbMAPO; 2005. (In Russ.)]
  18. Зайцев В.М., Лифляндский В.Г., Маринкин В.И. Прикладная медицинская статистика. – М.: Фолиант, 2006. [Zaytsev VM, Liflyandskiy VG, Marinkin VI. Prikladnaya meditsinskaya statistika. Moscow: Foliant, 2006. (In Russ.)]
  19. Наследов А.Д. SPSS 19: профессиональный статистический анализ данных. – СПб.: Питер, 2011. [Nasledov AD. SPSS 19: professional’nyy statisticheskiy analiz dannykh. Saint Petersburg: Piter; 2011. (In Russ.)]
  20. Aitken RJ, Gibb Z, Mitchell LA, et al. Sperm motility is lost in vitro as a consequence of mitochondrial free radical production and the generation of electrophilic aldehydes but can be significantly rescued by the presence of nucleophilic thiols. Biol Reprod. 2012;87(5):110. https://doi.org/10.1095/biolreprod.112.102020.
  21. Castro LS, Hamilton TRS, Mendes CM, et al. Sperm cryodamage occurs after rapid freezing phase: flow cytometry approach and antioxidant enzymes activity at different stages of cryopreservation. J Anim Sci Biotechnol. 2016;7:17. https://doi.org/10.1186/s40104-016-0076-x.
  22. Duru NK, Morshedi M, Schuffner A, Oehninger S. Cryopreservation-thawing of fractionated human spermatozoa and plasma membrane translocation of phosphatidylserine. Fertil Steril. 2001;75(2):263-268. https://doi.org/10.1016/s0015-0282(00)01694-0.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2020 Dotsenko A.A., Serebriakova M.K., Kudryavtsev I.V., Sukhachev A.N., Polevshchikov A.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».