能力付与

受精能獲得は哺乳類の精子の成熟における最後から2番目の^{[1]ステップであり、精子が}卵母細胞を受精できる状態にするために必要である。^[2]このステップは生化学的イベントであり、受精能獲得前は精子は正常に動き、成熟しているように見える。 生体内では、受精能獲得は射精後、精子が膣から出て上部の女性生殖器官に入るときに起こる。子宮は、ステロール結合アルブミン、リポタンパク質、およびヘパリンなどの タンパク質分解酵素とグリコシド酵素を分泌することにより、受精能獲得のステップを助ける。

体外受精の目的では、射精された精子、または精巣上体から採取され、規定の培地で数時間培養された精子を培養することによって受精能を獲得します。受精能獲得のステップを実行するには、単純な洗浄、遊走（スイムアップ）、密度勾配、およびフィルターなど、さまざまな手法があります。目的は、できるだけ多くの運動精子を分離し、非運動精子または死んだ精子を除去することです。体内または体外で受精能を獲得した後、精子は先体反応を伴う最終成熟ステップである活性化を経る必要があります。

非哺乳類の精子はこの受精能獲得段階を必要とせず、雄から放出された直後に卵母細胞を受精する準備ができています。

受精能獲得には2つの効果があります。精子の先体頭部膜が不安定になり、卵子の外層を貫通できるようになることと、尾部の化学変化により精子の運動性が高まることです。^{[3]この変化は、}ステロール（コレステロールなど）と非共有結合した精巣上体/精液糖タンパク質の除去によって促進されます。その結果、膜はより流動的になり、Ca ²⁺イオンの透過性が増加します。

^{Ca 2+}の流入により細胞内cAMPレベルが増加し、運動性が高まります。過剰活性化は受精能獲得の開始と同時に起こり、Ca ²⁺レベルの増加の結果です。これは精子のアデニル酸シクラーゼ活性を高めるアデノシンとの相乗刺激効果があります。 ^{[引用が必要]}

トリペプチド受精促進ペプチド (FPP) は受精能獲得の制御に不可欠です。FPP は前立腺で精液の成分として生成されます。射精時に精子と精液が混ざり合うと、FPP は精子と接触します。活性 FPP のレベルが高いと受精能獲得が妨げられます。射精後、女性生殖器官内の FPP の濃度は低下します。^{[引用が必要]}

体外受精(IVF) や子宮内授精(IUI)などの生殖補助技術(ART)では、通常の生物学的パラメータ外で精子細胞の受精能獲得を誘導する必要があるため、哺乳類の精子細胞でこのプロセスを誘導する方法が数多く開発されている。精子細胞は射精によって採取するか、精巣上体尾部から採取して室温で液化させる。次に、受精が起こる卵管の電解質組成を模倣するように設計された培地を加えることで受精能獲得を誘導できる。これらの培地は種によって異なりますが、生理食塩水ベースで、乳酸、ピルビン酸、場合によってはブドウ糖などのエネルギー基質が含まれています。精子細胞膜からコレステロールを除去するにはコレステロール受容体が必要であり、これは常にアルブミンです。ウシ血清アルブミンは通常、 in vitro動物研究で使用され、ヒト血清アルブミン(HSA) はヒト精子の受精能獲得誘導に使用されます。

重炭酸塩は受精能誘導培地の重要な成分であり、細胞質に輸送されて可溶性アデニル酸シクラーゼ（sAC）を活性化するとともに、培養液中のpHの低下を防ぐのに必要なpH緩衝剤として作用するため、必須ではないものの一般的に使用される5％CO2で細胞を培養する際には必須の添加物である。_塩化カルシウムは、カルシウム陽イオンの流入を促進するために添加される。^{[4] [5]}動物モデルでは、これらの各成分を含むタイロード乳酸ピルビン酸アルブミン（TALP）培地が通常ベースとして使用される。ヒトでは、ヒト卵管液（HTF）が使用される。

これらの培地には、精子の運動能の亢進や先体反応を誘発する他の化学物質を補充することができる。動物の体外受精では、濃度 5 mM のカフェインが体外での精子受精能の強力な誘発剤である。^{[6] [7]}カルシウムイオノフォアも受精能の誘発に理想的である。^[7]受精能誘発培地にヘパリンを添加すると、卵母細胞付近でのヘパリン様グリコサミノグリカン(GAG) の分泌を模倣し、先体反応を開始する。この効果は、ヘパリンとともにリゾホスファチジルコリン(LC)を添加すると増強される。 ^{[8]低濃度の} ノルエピネフリンなどのカテコールアミンは、先体反応の誘発を助けることがわかっている。^[9]

体外受精能獲得を実行する従来の方法は次のとおりです。

• 単純洗浄: この方法では精漿のみが除去され、最良の精子は選択されません。サンプルは遠心分離され、上清が除去されます。これは重度の乏精子症、停留精子症、または精巣生検サンプルに使用されます。また、他の受精能獲得技術の前にも実行されます。

• 移動（スイムアップ）。まず、遠心分離が行われ、精漿が除去されます。次に、培養培地を 0.5 - 1 ml 上部に追加し、37°C​​ で培養期間を経ると、最も運動性の高い精子がチューブの下部から上部に上昇します（健康な精子は培養培地に移動します）。精子が豊富な画分を得るために、上層を収集します。これは現在でも広く使用されており、正常精子症に有効です。PR 精子が 90% を超える画分を得ることができます。

• 密度勾配法。この技術では、チューブに異なる密度の液体の層を充填し、精液を上層に置きます。次に、チューブを遠心分離機にかけて、細胞残渣と非運動性細胞を濾過します。遠心分離後、健康な精子はチューブ内の液体の最下層にあり、残渣と非運動性精子は上層にあります。この手順には約 60 分かかり、乏精子症、精子無力症、および残渣の多いサンプルに特に適しています。最後に、すべての細胞が下層に到達しますが、より運動性の高い細胞はより早く到達します。この手順は、密度媒体としてパーコールがよく使用されていたため、単に「パーコール法」と呼ばれることがよくありますが、現在は他の密度媒体が使用されています。^[10]

• 濾過。これは、すべての精子を通過させないフィルターで構成されています。現在ではあまり使用されておらず、より運動性の高い精子のみがフィルターを通過します。

しかし、今日では、これらを上回る新しい技術があります。たとえば、PICSI、MACS、マイクロ流体チップなどがあります。

精子細胞が体外で受精能を獲得する程度を評価するために、数多くの方法が開発されてきた。コンピュータ支援精子分析（CASA）は、精子の運動学を測定するために1980年代に開発された。^[11] CASAは、位相差顕微鏡と精子追跡ソフトウェアを組み合わせて、精子の運動性パラメータを分析します。^[11]曲線速度（VCL）、直線速度（VSL）、平均経路速度（VAP）、および側方頭部変位の振幅（ALH）などの特定のパラメータは、受精能力の獲得と正の相関関係にあることが示されており、そのため、過剰に活発な精子細胞の運動性を識別するために使用されています。^[12]

運動能の測定は運動能亢進の有無を特定する上で重要ですが、先体反応の発生を特定するための追加の方法が開発されています。簡単な方法では、クマシーブリリアントブルーG250を使用して細胞を染色し、先体が損傷されていないか反応したかを視覚的に証明します。^[13]より高度な技術では、蛍光顕微鏡法や電子顕微鏡法が使用されます。フルオレセイン結合ピーナッツ凝集素（FITC-PNA）またはエンドウ 凝集素（FITC-PSA）を使用して精子細胞の先体を蛍光標識し、蛍光顕微鏡を使用して先体の状態を評価することができます。^{[14] [15] [16]}

このプロセスの発見は1951年にミン・チュエ・チャン^{[17]とコリン・ラッセル・オースティン[18] [19]}の両者によって独立して報告された。

• 皮質反応
• 先体反応

• 米国国立医学図書館医学件名表(MeSH)の「精子+受精能」