En effet, pour les couples infertiles, le coût, la durée et le faible taux de réussite de la procréation assistée peuvent contribuer à faire du processus une épreuve tant physique qu’émotionnelle.

Reza Nosrati, un chercheur postdoctoral de l’Université Queen’s, souhaite changer cela. À l’aide de la microfluidique et d’une microscopie de pointe, ses collègues et lui sont en voie de développer des technologies simples mais fonctionnelles pour l’analyse et la sélection du sperme et, ultimement, l’amélioration des taux de fécondation.

La majorité de son travail est axée sur la stérilité masculine. En tant que doctorant travaillant sous la direction du professeur David Sinton, expert en microfluidique à l’Université de Toronto, l’un de ses premiers projets avait pour objectif de concevoir un appareil microfluidique simple et facile à utiliser qui permettrait de sélectionner le sperme en « faisant faire une course » aux spermatozoïdes dans les microcanaux. Les gagnants de cette course, lorsqu’examinés, ont montré une intégrité d’ADN supérieure de 80 %. Leur potentiel de succès pour la fécondation était donc plus élevé.

Les résultats de cette recherche, maintenant commercialisés, ont mené à un projet ultérieur, soit la détermination de la méthode de circulation des spermatozoïdes à moins d’un micromètre de surfaces. Établir leurs mouvements était un défi de taille, déclare-t-il, parce que les spermatozoïdes sont minuscules et se déplacent rapidement.

En collaboration avec un expert de l’Université de Toronto en microfluoroscopie, le professeur Christopher Yip, il a fait une découverte fascinante : lorsqu’ils se rapprochent de la surface, les spermatozoïdes humains adaptent leur façon de se mouvoir. Au lieu d’un mouvement hélicoïdal 3D, ils se déplacent au moyen d’un mouvement ondulatoire 2D qui leur permet d’avancer plus rapidement. Cela peut être important pour une fécondation réussie, affirme Nosrati. Il s’agissait d’une percée majeure en matière de compréhension du déplacement des spermatozoïdes et le fait de pouvoir cibler ceux qui se déplacent en ondulant peut améliorer la sélection du sperme pour la procréation assistée.

Ses travaux subséquents étaient concentrés sur l’analyse microfluidique à base de papier pour déterminer la concentration en spermatozoïdes et leur motilité (combien se déplacent du point A au point B)? L’appareil fonctionne comme une bande de pH, utilisée pour tester l’acidité ou l’alcalinité : des sections à revêtement réactif sur la bande de papier réagissent au contact d’une gouttelette de sperme, changeant de couleur en fonction de la concentration en spermatozoïdes et de leur motilité. Ce dernier point est un indicateur prépondérant des chances de succès du sperme pour une fécondation et le test de M. Nosrati est le premier permettant de quantifier ces attributs.

Leur plan à long terme est de jumeler l’appareil à une application pour téléphone cellulaire qui pourrait analyser et faire le suivi au quotidien de la qualité du sperme, permettant aux hommes de faire eux-mêmes les tests. « Les médecins de famille pourraient aussi s’en servir à la première étape du diagnostic », dit-il. « La stérilité mâle est un sujet embarrassant et angoissant, et il n’existe à l’heure actuelle aucun produit complet. »

Un appareil microfluidique connexe, conçu de concert avec un collègue torontois, Max Gong, PhD, vise à diagnostiquer la qualité générale du sperme, un facteur crucial à la réussite de toute fécondation, au moyen d’une seule goutte. Les tests cliniques de référence standard actuels exigent le recours à la cytométrie en flux, une technologie coûteuse à laquelle de nombreuses cliniques de fertilité n’ont pas accès. « Nous avons eu l’idée de dissocier les spermatozoïdes pour extraire l’ADN, puis de séparer l’ADN sain de l’ADN endommagé à l’aide d’un champ électrique. » Cette approche à base de papier peu coûteuse s’est révélée entièrement en accord avec la décision clinique comparativement aux tests à base de cytométrie en flux.

Bien que nous soyons toujours confrontés à des enjeux (l’appareil nécessite de la microscopie de fluorescence et une source d’énergie), cette approche démontre un potentiel comme solution de remplacement autoadministrée abordable aux tests cliniques actuels.

Révolutionnaires et prometteurs sur le plan commercial, les travaux de M. Nosrati ont généré plus d’une quarantaine d’articles, dont plus d’une douzaine publiés dans d’éminentes revues scientifiques, ainsi que de l’intérêt dans les médias à l’échelle mondiale. Plus récemment, il a reçu la médaille Douglas R. Colton de CMC Microsystèmes pour son excellence en recherche – un honneur aussi accordé à son directeur de thèse, le professeur Sinton, dix ans plus tôt.

Cependant, s’empresse-t-il de déclarer, toute recherche réussie ne dépend pas uniquement de bonnes idées. Ce sont les bons outils et laboratoires qui vous font passer de la théorie à la pratique. L’accès à des laboratoires et à des services de prototypage et à des outils de R-D. en optique, en microfluidique et en microélectronique, ainsi que des liens avec des entreprises, tous obtenus grâce à CMC, l’ont aidé à atteindre son objectif. « L’utilisation d’installations de fabrication a été essentielle à mon succès. Un grand nombre de chercheurs canadiens doivent fabriquer de très petits et délicats appareils micro et nanofluidiques et l’accès à ces laboratoires est donc vital. »

Maintenant un boursier postdoctoral du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie (CRSNG) et de concert avec le groupe du professeur Carlos Escobedo du Département de génie chimique à l’Université Queen’s, M. Nosrati, concentre notamment ses efforts sur le développement de microsystèmes pour la recherche cellulaire. Son travail actuel comprend une collaboration avec le personnel du laboratoire du professeur Madhuri Koti de l’Institut de recherche sur le cancer de l’Université Queen’s pour développer le microenvironnement cellulaire d’une trompe de Fallope sur une puce microfluidique, lui permettant d’étudier les interactions des spermatozoïdes avec les mouvements rappelant ceux des vagues des cils, de minuscules structures faisant penser à des cheveux qui aident à faire bouger l’ovule dans la trompe de Fallope. « L’observation en temps réel de cette interaction n’a pas été possible à ce jour, donc c’est un défi, mais peut entraîner un changement de paradigme dans le traitement de l’infertilité. »

Crédit Photo : David Bell

Avril 2017