Morphological, biochemical and physiological selection of spermatozoa for ICSI

Cover Page


Cite item

Full Text

Abstract

Principles of individual sperm selection for fertilization were described, literary dates of correlation between morphological, functional and biochemical parameters of human spermatozoa and structural and functional peculiarities of its genome organization were presented

About the authors

Irina Dmitrievna Fedorova

D. O. Ott Research Institute of Obstetrics and Gynecology NWD RAMS

Email: irendf@mail.ru
PhD, senior Researcher, embryologist, department of artificial redproductive technologies

Evgeniya Michailovna Shilnikova

D. O. Ott Research Institute of Obstetrics and Gynecology NWD RAMS

Email: iagmail@ott.ru
PhD student, department of genetics and breeding, Saint-Petersburg State University, Laboratory of prenatal diagnostics of inherited and congenital human diseases, Department of artificial redproductive technologies

Alexander Mkrtichevich Gzgzyan

D. O. Ott Research Institute of Obstetrics and Gynecology NWD RAMS

Email: iagmail@ott.ru
Full Doctor, the head of the department of of artificial redproductive technologies

References

  1. Кулаков В. И., Леонова Б. В., Кузьмичева Л. Н. Лечение мужского и женского бесплодия. Вспомогательные репродуктивные технологии. — М.: МИА, 2005. — 589 с.
  2. Цитогенетический анализ сперматозоидов человека с использованием внутрицитоплазматической инъекции в ооциты мыши / Федорова И. Д. [и др.] // Генетика. — 2005. — Т. 41, № 3. — С. 396–404.
  3. A new real-time morphology classification for human spermatozoa: a link for fertilization and improved embryo quality / Cassuto N. G. [et al.] // Fertil. Steril. — 2009. — Vol. 92, N 5. — P.1616–1625.
  4. Altered ultrastructure of mitochondrial membranes is strongly associated with unexplained asthenozoospermia / Pelliccione F. [et al.] // Fertil. Steril. — 2011. — Vol. 95, N 2. — P.641–646.
  5. Analysis of the human sperm centrosomal function and the oocyte activation ability in a case of globozoospermia, by ICSI into bovine oocytes / Nakamura S. [et al.] // Hum. Reprod. — 2002. — Vol. 17, N 11. — P. 2930–2934.
  6. Analysis of the oocyte activating capacity and chromosomal complement of round-headed human spermatozoa by their injection into mouse oocytes / Rybouchkin A. [et al.] // Hum. Reprod. — 1996. — Vol.11, N 10. — P.2170–2175.
  7. Assessment of acrosome and nuclear abnormalities in human spermatozoa with large vacuoles / Perdrix A. [et al.] // Hum. Reprod. — 2011. — Vol.26, N 1. — P. 47–58.
  8. Assisted reproductive technologies and the risk of birth defects — a systematic review / Hansen M. [et al.] // Hum. Reprod. — 2005. — Vol. 20, N 2. — P. 328–38.
  9. Blanchard Y., Lescoat D., Le Lannou D. Anomalous distribution of nuclear basic proteins in round-headed human spermatozoa // Andrologia. — 1990. — Vol.22, N 6. — P.549–555.
  10. Children born after intracytoplasmic sperm injection: population control study / Sutcliffe A. G. [et al.] // BMJ. — 1999. — Vol. 318, N 7185. — P.704–705.
  11. Chromomycin A3 staining as a useful tool for evaluation of male fertility / Iranpour F. G. [et al.] // J. Assist. Reprod. Genet. — 2000. — Vol.17, N 1. — P. 60–66.
  12. Chromosome 15 aneuploidy in the sperm and conceptus of a sibling with variable familial expression of round-headed sperm syndrome / Carrell D. T. [et al.] // Fertil. Steril. — 2001. — Vol. 76. — P.1258–1260.
  13. Clinical significance of sperm DNA damage threshold value in the assessment of male infertility / Venkatesh S. [et al.] // Reprod. Sci. — 2011. — Vol. 18, N 10. — P. 1005–1013.
  14. Complete globozoospermia associated with PLCzeta deficiency treated with calcium ionophore and ICSI results in pregnancy / Taylor S. L. [et al.] // Reprod. Biomed. Online. — 2010. — Vol.20. — P.559–564.
  15. Conservation of chromosome arrangement and position of the X in mammalian sperm suggests functional significance / Greaves I. K. [et al.] // Chromosome Res. — 2003. — Vol. 11. — P. 503–512.
  16. Detection of DNA fragmentation in human spermatozoa: correlation with semen parameters / Mehdi M. [et al.] // Andrologia. — 2009. — Vol.41, N 6. — P. 383–386.
  17. Differences in boar sperm head shape and dimensions recorded by computer-assisted sperm morphometry are not related to chromatin integrity / Saravia F. [et al.] // Theriogenology. — 2007. — Vol. 68, N 2. — P.196–203.
  18. Eddy E. M. Role of heat shock protein HSP70–2 in spermatogenesis // Rev. Reprod. — 1999. — Vol. 4, N 1. — P. 23–30.
  19. Efficacy of hyaluronic acid binding assay in selecting motile spermatozoa with normal morphology at high magnification / Petersen C. G. [et al.] // Reprod. Biol. Endocrinol. — 2010. Vol.8. — P. 149.
  20. Efficiency of hyaluronic acid (HA) sperm selection / Parmegiani L. [et al.] // J. Assist. Reprod. Genet. — 2010. — Vol. 27, N 1. — P. 13–16.
  21. Evaluation of zeta and HA-binding methods for selection of spermatozoa with normal morphology, protamine content and DNA integrity / Razavi S. H. [et al.] // Andrologia. — 2010. — Vol. 42, N 1. — P. 13–19.
  22. Fertilization rates of small-head sperm in conventional IVF and ICSI / Kihaile P. [et al.] // Arch. Androl. — 2003. — Vol. 49, N 5. — P. 327–329.
  23. FISH assessment of aneuploidy frequencies in immature human spermatozoa classified by the absence or presence of the cytoplasmic retention / Kovanci E. [et al.] // Hum. Reprod. — 2001. — Vol.16. — P.1209–1217.
  24. From ultrastructural flagellar sperm defects to the health of babies conceived by ICSI / Fauque P. [et al.] // Reprod. Biomed. Online. — 2009. — Vol.19, N 3. — P. 326–336.
  25. Genes and male infertility: what can go wrong? / Maduro M. R. [et al.] // J. Androl. — 2003. — Vol.24, N 4. — P. 485–493.
  26. Genetic sperm defects and consanguinity / Baccetti B. [et al.] // Hum. Reprod. — 2001. — Vol.16, N 7. — P.1365–1371.
  27. Globozoospermia is associated with chromatin structure abnormalities: case report / Vicari E. [et al.] // Hum. Reprod. — 2002. — Vol.17, N 8. — P. 2128–33.
  28. Globozoospermia revisited / Dam A. H. [et al.] // Hum. Reprod. Update. — 2007. — Vol.13, N 1. — P. 63–75.
  29. Goddijn M., Leschot N. J. Genetic aspects of miscarriage // Baillieres Best Pract. Res. Clin. Obstet. Gynaecol. — 2000. — Vol.14, N 5. — P. 855–865.
  30. Hassold T., Hall H., Hunt P. The origin of human aneuploidy: where we have been, where we are going // Hum. Mol. Genet. — 2007. — Vol.16. — P. 203–208.
  31. Hassold T. J. A cytogenetic study of repeated spontaneous abortions // Am. J. Hum. Genet. — 1980. — Vol. 32, N 5. — P. 723–730.
  32. Hyaluronic acid binding ability of human sperm reflects cellular maturity and fertilizing potential: selection of sperm for intracytoplasmic sperm injection / Huszar G. [et al.] // Curr Opin Obstet. Gynecol. — 2006. — Vol.18, N 3. — P. 260–267.
  33. Influence of individual sperm morphology on fertilization, embryo morphology, and pregnancy outcome of intracytoplasmic sperm injection / De Vos A. [et al.] // Fertil. Steril. — 2003. — Vol.79, N 1. — P. 42–48.
  34. Intracytoplasmic sperm injection outcome versus intracytoplasmic morphologically selected sperm injection outcome: a meta-analysis / Souza Setti A. [et al.] // Reprod. Biomed. Online. — 2010. — Vol. 21, N 4. — P. 450–455.
  35. Intracytoplasmic sperm injection: a novel selection method for sperm with normal frequency of chromosomal aneuploidies / Jakab A. [et al.] // Fertil. Steril. — 2005. — Vol. 84, N 6. — P. 1665–1673.
  36. Is fine morphology of the human sperm nuclei affected by in vitro incubation at 37 degrees C? / Peer S. [et al.] // Fertil. Steril. — 2007. — Vol. 88, N 6. — P. 1589–1594.
  37. Isolation and identification of sperm membrane antigens recognized by antisperm antibodies, and their possible role in immunological infertility disease / Bohring C. [et al.] // Mol. Hum. Reprod. — 2001. — Vol.7, N 2. — P. 113–118.
  38. Kartagener's Syndrome / Dhar D. K. [et al.] // Mymensingh Med. J. — 2009. — Vol. 18, N 1. — P.75–79.
  39. Katz D. F., Diel L., Overstreet J. W. Differences in the movement of morphologically normal and abnormal human seminal spermatozoa // Biol. Reprod. — 1982. — Vol. 26, N 4. — P. 566–570.
  40. Kruger T. F., Menkveld R., Stander F. S. Sperm morphology features as a prognostic factor in vitro fertilization // Fertil. Steril. — 1986. — Vol. 46. — P. 1118–1123.
  41. Lee J. D., Kamiguchi Y., Yanagimachi R. Analysis of chromosome constitution of human spermatozoa with normal and aberrant head morphologies after injection into mouse oocytes // Hum. Reprod. — 1996. — Vol.11, N 9. — P. 1942–1946.
  42. Lewis S. E., Agbaje I., Alvarez J. Sperm DNA tests as useful adjuncts to semen analysis // Syst. Biol. Reprod. Med. — 2008. — Vol.54, N 3. — P.111–125.
  43. Lewis S. E., Simon L. Clinical implications of sperm DNA damage // Hum. Fertil. –2010. — Vol. 13, N 4. — P. 201–207.
  44. Ludwig M., Katalinic A. Malformation rate in fetuses and children conceived after ICSI: results of a prospective cohort study // Reprod. Biomed. Online. — 2002. — Vol. 5, N 2. — P.171–178.
  45. Macrocephaly in bull spermatozoa is associated with nuclear vacuoles, diploidy and alteration of chromatin condensation / Revay T. [et al.] // Cytogenet. Genome Res. — 2009. — Vol.126, N 1–2. — P. 202–209.
  46. Martin R. H., Greene C., Rademaker A. W. Sperm chromosome aneuploidy analysis in a man with globozoospermia // Fertil. Steril. — 2003. — Vol.79, suppl. 3. — P. 1662–1664.
  47. Morphological abnormalities in spermatozoa from man and great apers / Seuaner H. N. [et al.] // Nature. — 1977. — Vol.270. — P. 345–347.
  48. Morphological characterization of abnormal human spermatozoa using transmission electron microscopy / Bartoov B. [et al.] // Arch. Androl. — 1980. — Vol.5, N 4. — P. 305–322.
  49. Morphological nuclear integrity of sperm cells is associated with preimplantation genetic aneuploidy screening cycle outcomes / Figueira R. D. [et al.] // Fertil. Steril. –2011. — Vol. 93, N 3. — P. 990–993.
  50. Morphology assessment and fluorescence in situ hybridization of the same spermatozoon using a computerized cell-scanning system / Strassburger D. [et al.] // Hum. Reprod. — 2007. — Vol. 22, N 1. — P. 201–209.
  51. Mroz K., Hassold T. J., Hunt P. A. Meiotic aneuploidy in the XXY mouse: evidence that a compromised testicular environment increases the incidence of meiotic errors // Hum. Reprod. — 1998. — Vol. 14. — P.1151–1156.
  52. Naaby-Hansen S., Herr J. C. Heat shock proteins on the human sperm surface // J. Reprod. Immunol. — 2010. — Vol. 84, N 1. — P. 32–40.
  53. Origin and biological significance of DNA fragmentation in human spermatozoa / Muratori M. [et al.] // Front. In Bioscience. — 2006. — Vol. 11. — P. 1491–1499.
  54. Pepling M. E., de Cuevas M., Spradling A. C. Germline cysts: a conserved phase of germ cell development? // Trends Cell Biol. — 1999. — Vol. 9, N 7. — P. 257–262.
  55. Physiologic ICSI: hyaluronic acid (HA) favors selection of spermatozoa without DNA fragmentation and with normal nucleus, resulting in improvement of embryo quality / Parmegiani L. [et al.] // Fertil. Steril. — 2010. — Vol. 93, N 2. — P.598–604.
  56. Post-meiotic shifts in HSPA2 / HSP70.2 chaperone activity during mouse spermatogenesis / Govin J. [et al.] // J. Biol. Chem. — 2006. — Vol.281, N 49. — P. 37888–37892.
  57. Preferential location of sex chromosomes, their aneuploidy in human sperm, and their role in determining sex chromosome aneuploidy in embryos after ICSI / Sbracia M. [et al.] // Hum. Reprod. — 2002. — Vol. 17. — P. 320–324.
  58. Pregnancy rates are higher with intracytoplasmic morphologically selected sperm injection than with conventional intracytoplasmic injection / Bartoov B. [et al.] // Fertil. Steril. — 2003. — Vol.80, N 6. — P.1413–1419.
  59. Real-time fine morphology of motile human sperm cells is associated with IVF-ICSI outcome / Bartoov B. [et al.] // J. Androl. — 2002. — Vol.23, N 1. — P.1–8.
  60. Relationship between human sperm morphology and acrosomal function / Menkveld R. [et al.] // J. Assist. Reprod. Genet. — 2003. — Vol.20, N 10. — P. 432–438.
  61. Results of 55 intracytoplasmic sperm injection cycles in the treatment of male-immunological infertility / Nagy Z. P. [et al.] // Hum. Reprod. — 1995. — Vol.10, N 7. — 1775–1780.
  62. Rienzi L. IMSI and PICSI: do they maximize your ICSI? // ESHRE campus — Reproductive Andrology. — Bruxelles, 2007.
  63. Significance of large nuclear vacuoles in human spermatozoa: implications for ICSI / Franco J. G. Jr. [et al.] // Reprod. Biomed. Online. — 2008. — Vol.17, N 1. — P. 42–45.
  64. Sperm DNA damage is associated with an increased risk of pregnancy loss after IVF and ICSI: systematic review and meta-analysis / Zini A. [et al.] // Hum. Reprod. — 2008. — Vol. 23, N 12. — P. 2663–2668.
  65. Sperm DNA fragmentation as a possible test for evaluation male fertility status / Shilnikova E. M. [et al.] // Reproductive BioMedicine. — 2010. — Vol.20, N 3. — P. 32–33.
  66. Sperm mitochondrial mutations as a cause of low sperm motility / Thangaraj K. [et al.] // J. Androl. — 2003. — Vol. 24, N 3. — P. 388–392.
  67. Sperm morphological abnormalities as indicators of DNA fragmentation and fertilization in ICSI / Daris B. [et al.] // Arch. Gynecol. Obstet. — 2010. — Vol. 281, N 2. — P.363–367.
  68. Sperm nuclear vacuoles, as assessed by motile sperm organellar morphological examination, are mostly of acrosomal origin / Kacem O. [et al.] // Reprod. Biomed. Online. — 2010. — Vol. 20, N 1. — P. 132–137.
  69. Spermatozoa bound to solid state hyaluronic acid show chromatin structure with high DNA chain integrity: an acridine orange fluorescence study / Yagci A. [et al.] // J. Androl. — 2010. — Vol. 31, N 6. — P. 566–572.
  70. Spiropoulos J., Turnbull D. M., Chinnery P. F. Can mitochondrial DNA mutations cause sperm dysfunction? // Mol. Hum. Reprod. — 2002. — Vol. 8, N8. — P. 719–721.
  71. Study of aneuploidy and DNA fragmentation in gametes of patients with severe teratozoospermia / Perrin A. [et al.] // Reprod. Biomed. Online. — 2011. — Vol. 22, N 2. — P. 148–54.
  72. Study of aneuploidy in large-headed, multiple-tailed spermatozoa: case report and review of the literature / Perrin A. [et al.] // Fertil. Steril. — 2008. — Vol.90, N 4. — P. 1201.
  73. Surfing the wave, cycle, life history, and genes / proteins expressed by testicular germ cells. Pt. 1: Background to spermatogenesis, spermatogonia, and spermatocytes / Hermo L. [et al.] // Microscopy Research and Technique. — 2010. — Vol.73. — P. 243–278.
  74. Tesarik J., Greco E., Mendoza C. Late, but not early, paternal effect on human embryo development is related to sperm DNA fragmentation // Hum. Reprod. — 2004. — Vol.19, N 3. — P. 611–615.
  75. The genetic basis of infertility / Shah K. [et al.] // Reproduction. — 2003. — Vol. 126, N 1. — P.13–25.
  76. The shape of the sperm midpiece in intracytoplasmic morphologically selected sperm injection relates sperm centrosomal function / Ugajin T. [et al.] // J. Assist. Reprod. Genet. — 2010. — Vol. 27, N 2–3. — P. 75–81.
  77. Ultrastructural nuclear defects and increased chromosome aneuploidies in spermatozoa with elongated heads / Prisant N. [et al.] // Hum. Reprod. — 2007. — Vol. 22, N 4. — P. 1052–1059.
  78. Van Steirteghem A., Bonduelle M., Liebaers I., Devroey P. Children born after assisted reproductive technology // Am. J. Perinatol. — 2002. — Vol.19, N 2. — P. 59–65.
  79. WHO laboratory manual for the examination and processing of human semen. — 5-th edn. — Geneva: WHO press, 2010. — 271 p.
  80. WHO laboratory manual for the examination of human semen and sperm-cervical mucus interactions. — Cambridge: University press, 1999. — 125 p.
  81. Zalenskaya I. A., Zalensky A. O. Non-random positioning of chromosomes in human sperm nuclei // Chromosome Res. — 2004. — Vol. 12. — P. 163–173.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2012 Fedorova I.D., Shilnikova E.M., Gzgzyan A.M.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 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».