Tri des spermatozoïdes par puce microfluidique (MFSSI) : une innovation douce pour la FIV/ICSI

En bref : Le tri microfluidique utilise de minuscules puces qui imitent le trajet naturel pour sélectionner les spermatozoïdes sains et de bonne qualité et les séparer des spermatozoïdes abîmés. Il peut aider certains couples en cas d’infertilité masculine, surtout lorsque la fragmentation de l’ADN est élevée, mais les preuves d’une augmentation des naissances restent limitées et il ne garantit pas une grossesse.

Une technique innovante et douce pour sélectionner les spermatozoïdes les plus sains

Les techniques de procréation médicalement assistée offrent aujourd’hui des solutions précieuses face à l’infertilité. On estime qu’environ la moitié des cas d’infertilité sont liés à un facteur masculin, c’est pourquoi la qualité de la sélection des spermatozoïdes joue un rôle important dans le succès de la FIV, de l’ICSI et de l’IIU (insémination intra-utérine).

Les méthodes traditionnellement utilisées pour trier les spermatozoïdes peuvent être coûteuses en temps, exigeantes en travail manuel, et dépendantes de l’expérience du technicien.

C’est là qu’intervient la microfluidique, une technologie de pointe en biologie et en médecine. Grâce à des puces de la taille d’un micron capables de manipuler de très petits échantillons et d’appliquer des stimulations douces (ondes acoustiques, chimiotaxie, thermotaxie), il est possible de trier des spermatozoïdes rapidement — en une dizaine de minutes seulement — et à moindre coût.

Chez les hommes présentant une infertilité, on observe souvent une proportion plus élevée de spermatozoïdes de morphologie anormale et un taux de fragmentation de l’ADN plus important. Pour répondre à cette problématique, une nouvelle génération de puces de tri, parfois appelées « puces de sélection des spermatozoïdes fertiles », a été développée.

Ces puces permettent d’isoler les spermatozoïdes présentant la meilleure morphologie et la meilleure intégrité de l’ADN, en écartant naturellement les spermatozoïdes de moindre qualité. Selon les données disponibles, cette méthode aurait permis de faire passer la proportion de spermatozoïdes non fragmentés de 45 % à 98 % dans les échantillons traités.

• Cette technique peut-elle endommager les spermatozoïdes ?

Non. Il s’agit d’une méthode douce, considérée comme sûre pour les spermatozoïdes.

• Comment fonctionne le tri microfluidique ?

1. Un échantillon de sperme est recueilli auprès du partenaire masculin.

2. L’échantillon est déposé sans centrifugation à l’entrée de la puce, ce qui évite le stress mécanique et oxydatif lié à la centrifugation.

3. Les spermatozoïdes sont introduits dans le canal de la puce microfluidique.

4. Les spermatozoïdes les plus sains nagent naturellement vers l’autre extrémité du canal, se séparant ainsi des spermatozoïdes morts ou endommagés.

• En quoi cette technique diffère-t-elle des méthodes classiques (gradient de densité, technique de migration ascendante) ?

Les méthodes conventionnelles sélectionnent les spermatozoïdes principalement sur la base de leur mobilité et de leur morphologie. La technique par puce microfluidique va plus loin : elle privilégie également les spermatozoïdes présentant le moins de fragmentation de l’ADN et la moindre exposition aux radicaux libres — deux facteurs qui, selon certaines études, pourraient influencer la santé des spermatozoïdes et les résultats de l’ICSI.

• Un prétraitement aux vitamines ou antioxydants est-il nécessaire ?

L’un des avantages de cette technique est qu’elle ne nécessite aucun prétraitement particulier par vitamines ou antioxydants.

• Peut-on utiliser cette technique pour une insémination intra-utérine (IIU) ?

Oui, cette méthode peut également être utilisée dans le cadre d’une IIU.

• Après un échec de FIV ou d’IIU, cette technique peut-elle être utile ?

Un échec de FIV ou d’IIU peut avoir de nombreuses causes. Une évaluation approfondie est toujours nécessaire. Si le bilan révèle une anomalie de la qualité, de la morphologie ou de la fragmentation de l’ADN des spermatozoïdes, le tri par puce microfluidique peut potentiellement contribuer à améliorer les chances de réussite lors d’une prochaine tentative.

• Cette technique aide-t-elle en cas de faible réserve ovarienne ?

Cette technique s’adresse spécifiquement à la qualité du sperme du partenaire masculin. Toutefois, lorsque la partenaire féminine présente une réserve ovarienne diminuée, l’optimisation de la qualité des spermatozoïdes du partenaire masculin peut faire partie d’une stratégie globale visant à soutenir les chances de réussite de la FIV.

• Si les paramètres du sperme sont normaux, cette méthode présente-t-elle un intérêt ?

La réussite d’une FIV dépend en grande partie de la qualité des embryons obtenus. Lorsque les paramètres spermatiques sont normaux, aucun bénéfice n’a été démontré à ce jour : les essais randomisés disponibles ne montrent pas d’amélioration nette de la qualité embryonnaire ni du taux de naissance, et l’ESHRE (2023) ne recommande pas cette technique de façon systématique.

• Cette technique peut-elle traiter l’azoospermie ?

Non. Cette méthode permet de sélectionner les spermatozoïdes les plus sains au sein d’un échantillon existant ; elle ne peut pas créer de spermatozoïdes lorsqu’il n’y en a pas dans l’échantillon.

• En résumé, cette technique vise à sélectionner les spermatozoïdes les plus sains afin de favoriser une meilleure qualité embryonnaire, dans le but de soutenir les chances de réussite de l’IIU et de la FIV, tout en respectant l’intégrité des spermatozoïdes.

Il faut toutefois préciser que ces résultats concernent surtout la qualité des spermatozoïdes en laboratoire : à ce jour, une augmentation du taux de naissance n’a pas été démontrée, et l’intérêt de la technique se discute au cas par cas, notamment en cas de fragmentation élevée de l’ADN.

Comment fonctionne la technique, en détail

Les puces de tri microfluidique sont conçues pour préserver l’intégrité des spermatozoïdes : leur mobilité, leur morphologie, l’intégrité de leur ADN et leur acrosome ne doivent pas être altérés. Cela est rendu possible grâce à des canaux et des chambres dont la taille, la forme et le revêtement sont spécialement adaptés aux spermatozoïdes.

Les puces microfluidiques de tri des spermatozoïdes reposent sur deux grandes approches : active ou passive.

Voici un aperçu des méthodes les plus étudiées dans chaque catégorie.

1. Méthode active : elle fait appel à des stimulateurs externes — chaleur, produits chimiques ou flux de fluide contrôlé — pour orienter le tri. Ces approches visent à sélectionner les spermatozoïdes les plus mobiles et de meilleure qualité.

1.1. Ondes acoustiques

1.1.1. Onde acoustique de surface (basée sur la taille et le profil de mobilité du spermatozoïde) : méthode précise mais nécessitant un équipement spécialisé. Durée : environ 50 minutes.

1.1.2. Onde acoustique en volume (répartition de la pression dans le fluide, utilisation de billes de polystyrène) : technique utilisée notamment dans certains contextes d’analyse médico-légale, permettant d’isoler un faible nombre de spermatozoïdes. Nécessite un équipement spécifique. Durée : environ 15 minutes.

1.2. Chimiotaxie

1.2.1. Gradient de concentration en progestérone (comportement chimio-attractif) : méthode non invasive, mais à l’efficacité limitée selon les données actuelles.

1.2.2. Gradient d’acétylcholine et de fluide oviductal : approche biomimétique reproduisant l’environnement naturel, également décrite comme peu efficace à ce jour.

1.3. Chimiotaxie et thermotaxie combinées

1.3.1. Combinaison d’un gradient chimique et d’un gradient thermique : cette approche nécessite une conception de puce plus complexe. Gradient de température optimal rapporté : environ 0,154 °C/mm, entre 35 et 37 °C.

2. Méthode passive : elle s’appuie sur le comportement naturel de nage des spermatozoïdes, sans stimulation externe.

2.1. Approches basées sur la géométrie des canaux

2.1.1. Réseaux de micro-piliers imitant les propriétés filtrantes de l’appareil reproducteur féminin : méthode non invasive et structurellement simple. Les données rapportées font état d’améliorations notables de la morphologie, de la maturité nucléaire et de l’intégrité de l’ADN des spermatozoïdes triés. Débit rapporté : 99 %. Durée : environ 10 minutes.

2.1.2. Gradient de cisaillement et profil hydrodynamique en micro-confinement : procédure simple à mettre en œuvre, avec une efficacité de récupération rapportée en hausse d’environ 44 % et un débit de 80 %.

2.1.3. Structure en « papillon » exploitant le profil hydrodynamique du canal : cette conception imite les variations de largeur observées naturellement dans l’appareil reproducteur féminin. Simple à fabriquer, elle présente toutefois une limite : l’accumulation de spermatozoïdes en amont d’un rétrécissement peut réduire l’efficacité du tri des spermatozoïdes les plus mobiles.

2.2. Approches basées sur la rhéotaxie

2.2.1. Comportement rhéotactique avec « corrals » à l’intérieur des micro-canaux : cette méthode inclut un dispositif de rétention du sperme. Débit rapporté : 100 %. Durée : environ 45 minutes.

2.2.2. Flux de fluide combiné à la rhéotaxie et à la gravité : procédure automatisée et rapide, ne nécessitant pas de pompe additionnelle. Limite possible : certains spermatozoïdes de bonne qualité pourraient être manqués en raison de la rapidité du processus. Durée : environ 80 secondes.

2.2.3. Canal de type diffuseur basé sur la vitesse du fluide : conception simple, reposant sur les principes de la dynamique des fluides. Limite rapportée : une collecte parfois imprécise des spermatozoïdes triés. Durée : environ 10 minutes.

2.3. Approches basées sur l’écoulement laminaire

2.3.1. Trois flux laminaires parallèles à débit variable : cette configuration imite l’environnement visqueux de l’appareil reproducteur féminin. Conception simple, avec toutefois un risque de ne pas capter certains spermatozoïdes de haute qualité en raison du facteur temps.

2.3.2. Canal de type diffuseur permettant le passage croisé des spermatozoïdes entre les lignes de flux laminaire : cette configuration nécessite une conception et une fabrication plus complexes.

Les études comparant ces différentes approches rapportent une amélioration d’environ 44 % de l’efficacité du tri des spermatozoïdes, sans compromettre l’intégrité de leur ADN.

Cette innovation est aujourd’hui disponible dans notre clinique pour accompagner nos patients suivis en ICSI. Pour savoir si cette technique peut s’intégrer à votre parcours de soins, n’hésitez pas à en discuter avec l’équipe du Dr Najeeb Layyous lors de votre consultation.