[发明专利]用于自动非侵入性地测量精子活力和形态学以及自动选择具有高DNA完整性的精子的方法

说明书

一种自动测量同一单个活动精子的活力参数和形态学参数的方法。在不同显微镜放大倍数下，进行同一单个精子的自动活力和形态学测量。在放大倍数切换之后，将同一单个活动精子自动定位并保持在显微镜视野内以及焦点中。一种在高成像放大倍数下自动非侵入性地测量精子形态学参数的方法。在不进行侵入性样品染色的情况下自动测量包括亚细胞结构的精子形态学参数。一种自动选择具有正常活力和形态学以及DNA完整性的精子以用于不育治疗的方法。

技术领域

本发明涉及用于在不同显微镜放大倍数下对同一单个活动精子进行自动活力和形态学测量以及自动选择具有正常活力和形态学的精子的方法。

背景技术

世界卫生组织(WHO)报告称，全球有4850万对夫妻患有不育症，并且这些夫妻中的许多夫妻寻求体外受精(IVF)来进行治疗。目前，全球大约有3,000家IVF诊所，其中仅在美国就有458家诊所，并且数量正在迅速增长。精子活力和形态学的测量对于IVF很重要，其具有广泛的应用，诸如男性不育症诊断以及选择用于IVF治疗的精子，诸如胞浆内精子注射(ICSI)。

由于精子的快速移动(例如，25μm/s)，精子可快速移出显微镜视野。因此，精子活力测量需要较大的显微镜视野来观察精子轨迹，这对应于较低的显微镜放大倍数(诸如20倍)。

精子形态学测量需要较高的空间分辨率和较高的显微镜放大倍数来使亚细胞结构(诸如精子头部上的液泡)可视化。使液泡可视化很重要，因为液泡源自染色质的异常凝结，从而表明精子DNA碎裂或受损。然而，液泡只能够在高显微镜放大倍数下可见。尽管可在低显微镜放大倍数(例如，20倍)下估算某些形态学参数(诸如精子头部的大小)，但准确测量精子形态学需要100倍的高显微镜放大倍数。

目前，在IVF诊所中，人类操作员(胚胎学家)通过观察显微镜的目镜来在低显微镜放大倍数下估算而不是定量地测量精子活力。在识别感兴趣的精子之后，人类操作员切换至高显微镜放大倍数。然而，显微镜放大倍数切换会改变视野，并且在放大倍数切换期间，精子同样在移动。因此，在切换至高显微镜放大倍数(例如，从20倍切换至100倍)之后重新定位并跟踪同一精子是极富挑战性的，如果可能的话。

在超过70％的所有IVF治疗中使用胞浆内精子注射(ICSI)。通过ICSI产生的受精涉及用尖的微量移液器将单个精子插入卵母细胞中。胚胎学家基于对精子的活力和形态学的定性观察来选择用于ICSI的精子，这涉及较大的主观性和不一致性。用于ICSI的精子选择需要一种自动化技术，所述技术用于测量同一单个精子上的活力和形态学参数并在多个精子上重复进行此类测量以比较为ICSI选择哪个精子。此外，IVF治疗中的精子选择需要用于基于精子的活力和形态学来选择正常精子的定量标准。

商用计算机辅助精子分析(CASA)仪器在IVF诊所中用于精子活力和形态学测量。在CASA中，首先将精液样品的一部分用于在低显微镜放大倍数下进行活力测量，然后将精液样品的另一个部分杀死并染色，以用于在高放大倍数下进行形态学测量。例如参见美国专利号8390681B1。染色过程使CASA成为侵入性技术，从而使所测量精子无法用于后续的IVF治疗(诸如ICSI)。同样重要的是，CASA无法满足测量同一精子的活力和形态学参数的需求。由于形态学测量是在另一个精子群体上进行的，因此CASA系统不会并且无法在不同的显微镜放大倍数下重新定位同一单个精子。

美国专利申请公布号20070298454A1和WO 2005/080944A1公开了一种用于测量同一单个精子的活力和形态学的方法。然而，两种测量都是在固定的显微镜放大倍数下进行的。它未公开在高显微镜放大倍数下对亚细胞精子结构进行的形态学测量。也未公开自动切换显微镜放大倍数以对同一单个精子进行活力和形态学测量。

美国专利号6929945B2、7807452B2、6426213B1和5866354A公开了用于估算精子活力并对活动精子进行分类的各种微通道装置。对可通过微通道迁移的活动精子的数量进行计数。然而，这些装置无法确定单个精子的活力参数。本发明未使用这些微通道装置中的任一者。