A Mapping of the Physical and Electrochemical Properties of Composite Lithium-Ion Batteries Anodes Made from Graphite, Sn, and Si

Nowadays, there is an evident need to improve the current Li-ion battery systems, in order to make them more reliable, durable and safe. Regarding this objective, the application of composite materials –based mainly on the combination of Si, Sn and carbon– appears as a very promising alternative for future anode materials. However, despite the great amount of publications dealing with this topic, there is not a systematic study that allows interpreting and understanding how the combination of these materials affects the electrochemical performance of the anodes prepared with them. In light of this need, in this work we propose a straightforward ball-milling procedure to prepare Sn/Si/graphite composites with different mass proportions of each material. For all compositions, a systematic study was performed in order to determine how each material affects the specific capacity, capacity fading and stability towards a change in loading current. We found that the material prepared with Sn33Si33C33 appears to be the most promising one, delivering a reversible capacity of 906.9 mAh g−1 even after 120 cycles at 0.5 A g−1, thus encouraging the development of new composites based on these materials for industrial applications.Fil: Smrekar, Sacha. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía y Física; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola. Universidad Nacional de Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola; ArgentinaFil: Bracamonte, Maria Victoria. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía y Física; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola. Universidad Nacional de Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola; ArgentinaFil: Primo, Emiliano Nicolás. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía y Física; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola. Universidad Nacional de Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola; ArgentinaFil: Luque, Guillermina Leticia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Físico-química de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Instituto de Investigaciones en Físico-química de Córdoba; Argentina. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Teórica y Computacional; ArgentinaFil: Thomas, Jorge Enrique. YPF - Tecnología; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Barraco Diaz, Daniel Eugenio. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía y Física; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola. Universidad Nacional de Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola; ArgentinaFil: Leiva, Ezequiel Pedro M.. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Físico-química de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Instituto de Investigaciones en Físico-química de Córdoba; Argentina. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Teórica y Computacional; Argentin

A Mapping of the Physical and Electrochemical Properties of Composite Lithium-Ion Batteries Anodes Made from Graphite, Sn, and Si

Nowadays, there is an evident need to improve the current Li-ion battery systems, in order to make them more reliable, durable and safe. Regarding this objective, the application of composite materials –based mainly on the combination of Si, Sn and carbon– appears as a very promising alternative for future anode materials. However, despite the great amount of publications dealing with this topic, there is not a systematic study that allows interpreting and understanding how the combination of these materials affects the electrochemical performance of the anodes prepared with them. In light of this need, in this work we propose a straightforward ball-milling procedure to prepare Sn/Si/graphite composites with different mass proportions of each material. For all compositions, a systematic study was performed in order to determine how each material affects the specific capacity, capacity fading and stability towards a change in loading current. We found that the material prepared with Sn33Si33C33 appears to be the most promising one, delivering a reversible capacity of 906.9 mAh g−1 even after 120 cycles at 0.5 A g−1, thus encouraging the development of new composites based on these materials for industrial applications.Fil: Smrekar, Sacha. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía y Física; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola. Universidad Nacional de Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola; ArgentinaFil: Bracamonte, Maria Victoria. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía y Física; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola. Universidad Nacional de Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola; ArgentinaFil: Primo, Emiliano Nicolás. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía y Física; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola. Universidad Nacional de Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola; ArgentinaFil: Luque, Guillermina Leticia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Físico-química de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Instituto de Investigaciones en Físico-química de Córdoba; Argentina. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Teórica y Computacional; ArgentinaFil: Thomas, Jorge Enrique. YPF - Tecnología; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Barraco Diaz, Daniel Eugenio. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía y Física; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola. Universidad Nacional de Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola; ArgentinaFil: Leiva, Ezequiel Pedro M.. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Físico-química de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Instituto de Investigaciones en Físico-química de Córdoba; Argentina. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Teórica y Computacional; Argentin

Human Sperm Remain Motile After a Temporary Energy Restriction but do Not Undergo Capacitation-Related Events

To acquire fertilization competence, mammalian sperm must undergo several biochemical and physiological modifications known as capacitation. Despite its relevance, the metabolic pathways that regulate the capacitation-related events, including the development of hyperactivated motility, are still poorly described. Previous studies from our group have shown that temporary energy restriction in mouse sperm enhanced hyperactivation, in vitro fertilization, early embryo development and pregnancy rates after embryo transfer, and it improved intracytoplasmic sperm injection results in the bovine model. However, the effects of starvation and energy recovery protocols on human sperm function have not yet been established. In the present work, human sperm were incubated for different periods of time in medium containing glucose, pyruvate and lactate (NUTR) or devoid of nutrients for the starving condition (STRV). Sperm maintained in STRV displayed reduced percentages of motility and kinematic parameters compared to cells incubated in NUTR medium. Moreover, they did not undergo hyperactivation and showed reduced levels of ATP, cAMP and protein tyrosine phosphorylation. Similar to our results with mouse sperm, starvation induced increased intracellular Ca2+ concentrations. Starved human sperm were capable to continue moving for more than 27 h, but the incubation with a mitochondrial uncoupler or inhibitors of oxidative phosphorylation led to a complete motility loss. When exogenous nutrients were added back (sperm energy recovery (SER) treatment), hyperactivated motility was rescued and there was a rise in sperm ATP and cAMP levels in 1 min, with a decrease in intracellular Ca2+ concentration and no changes in sperm protein tyrosine phosphorylation. The finding that human sperm can remain motile for several hours under starvation due to mitochondrial use of endogenous metabolites implies that other metabolic pathways may play a role in sperm energy production. In addition, full recovery of motility and other capacitation parameters of human sperm after SER suggests that this treatment might be used to modulate human sperm fertilizing ability in vitro

Molecular Basis of Human Sperm Capacitation

In the early 1950s, Austin and Chang independently described the changes that are required for the sperm to fertilize oocytes in vivo. These changes were originally grouped under name of “capacitation” and were the first step in the development of in vitro fertilization (IVF) in humans. Following these initial and fundamental findings, a remarkable number of observations led to characterization of the molecular steps behind this process. The discovery of certain sperm-specific molecules and the possibility to record ion currents through patch-clamp approaches helped to integrate the initial biochemical observation with the activity of ion channels. This is of particular importance in the male gamete due to the fact that sperm are transcriptionally inactive. Therefore, sperm must control all these changes that occur during their transit through the male and female reproductive tracts by complex signaling cascades that include post-translational modifications. This review is focused on the principal molecular mechanisms that govern human sperm capacitation with particular emphasis on comparing all the reported pieces of evidence with the mouse model

CFTR/ENaC-dependent regulation of membrane potential during human sperm capacitation is initiated by bicarbonate uptake through NBC

To fertilize an egg, sperm must reside in the female reproductive tract to undergo several maturational changes that are collectively referred to as capacitation. From a molecular point of view, the HCO3-dependent activation of the atypical soluble adenylyl cyclase (ADCY10) is one of the first events that occurs during capacitation and leads to the subsequent cAMP-dependent activation of protein kinase A (PKA). Capacitation is also accompanied by hyperpolarization of the sperm plasma membrane. We previously reported that PKA activation is necessary for CFTR (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator channel) activity and for the modulation of membrane potential (Em). However, the main HCO3 transporters involved in the initial transport and the PKA-dependent Em changes are not well known nor characterized. Here, we analyzed how the activity of CFTR regulates Em during capacitation and examined its relationship with an electrogenic Na/HCO3 cotransporter (NBC) and epithelial Na channels (ENaCs). We observed that inhibition of both CFTR and NBC decreased HCO3 influx, resulting in lower PKA activity, and that events downstream of the cAMP activation of PKA are essential for the regulation of Em. Addition of a permeable cAMP analog partially rescued the inhibitory effects caused by these inhibitors. HCO3 also produced a rapid membrane hyperpolarization mediated by ENaC channels, which contribute to the regulation of Em during capacitation. Altogether, we demonstrate for the first time, that NBC cotransporters and ENaC channels are essential in the CFTR-dependent activation of the cAMP/PKA signaling pathway and Em regulation during human sperm capacitation.Fil: Puga Molina, Lis del Carmen. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; ArgentinaFil: Pinto, Nicolás Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; ArgentinaFil: Torres, Nicolás I.. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; ArgentinaFil: González Cota, Ana, L.. University of Washington; Estados UnidosFil: Luque, Guillermina Maria. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; ArgentinaFil: Balestrini, Paula Ania. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; ArgentinaFil: Romarowski, Ana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; ArgentinaFil: Krapf, Dario. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; ArgentinaFil: Santi, Celia M.. University of Washington; Estados UnidosFil: Treviño, Claudia L.. Universidad Nacional Autónoma de México; MéxicoFil: Darszon, Alberto. Universidad Nacional Autónoma de México; MéxicoFil: Buffone, Mariano Gabriel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; Argentin

Membrane potential hyperpolarization: A critical factor in acrosomal exocytosis and fertilization in sperm within the female reproductive tract

Hyperpolarization of the membrane potential (Em), a phenomenon regulated by SLO3 channels, stands as a central feature in sperm capacitation-a crucial process conferring upon sperm the ability to fertilize the oocyte. In vitro studies demonstrated that Em hyperpolarization plays a pivotal role in facilitating the mechanisms necessary for the development of hyperactivated motility (HA) and acrosomal exocytosis (AE) occurrence. Nevertheless, the physiological significance of sperm Em within the female reproductive tract remains unexplored. As an approach to this question, we studied sperm migration and AE incidence within the oviduct in the absence of Em hyperpolarization using a novel mouse model established by crossbreeding of SLO3 knock-out (KO) mice with EGFP/DsRed2 mice. Sperm from this model displays impaired HA and AE in vitro. Interestingly, examination of the female reproductive tract shows that SLO3 KO sperm can reach the ampulla, mirroring the quantity of sperm observed in wild-type (WT) counterparts, supporting that the HA needed to reach the fertilization site is not affected. However, a noteworthy distinction emerges-unlike WT sperm, the majority of SLO3 KO sperm arrive at the ampulla with their acrosomes still intact. Of the few SLO3 KO sperm that do manage to reach the oocytes within this location, fertilization does not occur, as indicated by the absence of sperm pronuclei in the MII-oocytes recovered post-mating. In vitro, SLO3 KO sperm fail to penetrate the ZP and fuse with the oocytes. Collectively, these results underscore the vital role of Em hyperpolarization in AE and fertilization within their physiological context, while also revealing that Em is not a prerequisite for the development of the HA motility, essential for sperm migration through the female tract to the ampulla.Fil: Balestrini, Paula Ania. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; ArgentinaFil: Sulzyk, Valeria. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; ArgentinaFil: Jabloñski, Martina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; ArgentinaFil: Schiavi Ehrenhaus, Liza Jamaica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; ArgentinaFil: Gonzalez, Soledad Natalia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; Argentina. Universidad Nacional de San Martin. Instituto Tecnológico de Chascomús - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto Tecnológico de Chascomús; ArgentinaFil: Ferreira, Juan J.. Washington University in St. Louis; Estados UnidosFil: Gómez Elías, Matías Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; ArgentinaFil: Pomata, Pablo Ernesto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; ArgentinaFil: Luque, Guillermina Maria. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; ArgentinaFil: Krapf, Dario. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; ArgentinaFil: Cuasnicu, Patricia Sara. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; ArgentinaFil: Santi, Celia M.. Washington University in St. Louis; Estados UnidosFil: Buffone, Mariano Gabriel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; Argentin

Efectos de la intercalación de litio en el espectro de excitación de valencia del grafito

Este trabajo tiene como objetivo estudiar el espectro de excitación de electrones de valencia en muestras de grafito policristalino y grafito intercalado con litio en etapas 1 (LiC6) y 2 (LiC12), con el objeto de aportar información concerniente a cambios en la estructura electrónica del grafito cuando es utilizado como ánodo en baterías de ion-Li. Para llevar a cabo el objetivo se utiliza la técnica de dispersión inelástica de rayos X (IXS), la cual nos permite obtener información de las excitaciones de electrones de valencia en función de la energía transferida (ω) y del momento transferido (q), y adémas por trabajar con rayos X duros nos permite obtener información de volumen, evitando problemas de contaminación o irregularidades en la superficie de las muestras. A bajo q los espectros IXS muestran dos picos característicos del espectro de excitaciones de valencia del grafito para q perpendicular al eje c. Dichos picos se asocian a excitaciones tipo plasmónicas que involucran electrones π (pico de baja energía) y π + σ (pico de alta energía). Para q altos el pico de energía más baja deja de apreciarse, posiblemente debido a efectos de amortiguamiento asociados a transiciones interbandas π → π ∗ de baja energía. Ambos picos plasmónicos presentan una dispersión positiva en función de q, en acuerdo con cálculos ab initio de la función dieléctrica de grafito en el marco de la aproximación RPA (Phys. Rev. B 69, 245419, 2004). También se observó un corrimiento sistemático de los mismos hacia energías más bajas en función de la concentración de litio en el grafito. El desplazamiento debido a la intercalación de litio se vuelve más débil a medida que se aumenta q. Este desplazamiento en energía de los picos podría correlacionarse con la intercalación del litio entre distintos planos de grafeno en el grafito originando un aumento de la separación entre planos grafénicos dando como resultado una reducción de la interacción interplanar (efecto apantallamiento) y, como consecuencia, un desplazamiento de los picos plasmónicos hacia energías menores. Estos cambios observados en las estructuras espectrales, distinguibles en un experimento de IXS con una resolución usual del orden de 1eV, podrían ser candidatos adecudados de rasgos espectrales caracterísiticos para determinar el estado de litiación de un ánodo de grafito durante el ciclado de una batería de ion-Li.Fil: Mayorga Quarín, Santiago. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola. Universidad Nacional de Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola; Argentina. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía y Física; ArgentinaFil: Stutz, Guillermo Eduardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola. Universidad Nacional de Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola; Argentina. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía y Física; ArgentinaFil: Ceppi, Sergio Andres. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola. Universidad Nacional de Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola; Argentina. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía y Física; ArgentinaFil: Otero, Manuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Físico-química de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Instituto de Investigaciones en Físico-química de Córdoba; Argentina. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Teórica y Computacional; ArgentinaFil: Robledo, Carla Belén. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Físico-química de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Instituto de Investigaciones en Físico-química de Córdoba; Argentina. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Teórica y Computacional; ArgentinaFil: Luque, Guillermina Leticia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Físico-química de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Instituto de Investigaciones en Físico-química de Córdoba; Argentina. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Teórica y Computacional; ArgentinaFil: Leiva, Ezequiel Pedro M.. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Físico-química de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Instituto de Investigaciones en Físico-química de Córdoba; Argentina. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Teórica y Computacional; ArgentinaFil: Barraco Diaz, Daniel Eugenio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola. Universidad Nacional de Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola; Argentina. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía y Física; Argentina106° Reunión de la Asociación Física ArgentinaCórdobaArgentinaAsociación Física Argentin

Transient Sperm Starvation Improves the Outcome of Assisted Reproductive Technologies

To become fertile, mammalian sperm must undergo a series of biochemical and physiological changes known as capacitation. These changes involve crosstalk between metabolic and signaling pathways and can be recapitulated in vitro. In this work, sperm were incubated in the absence of exogenous nutrients (starved) until they were no longer able to move. Once immotile, energy substrates were added back to the media and sperm motility was rescued. Following rescue, a significantly higher percentage of starved sperm attained hyperactivated motility and displayed increased ability to fertilize in vitro when compared with sperm persistently incubated in standard capacitation media. Remarkably, the effects of this treatment continue beyond fertilization as starved and rescued sperm promoted higher rates of embryo development, and once transferred to pseudo-pregnant females, blastocysts derived from treated sperm produced significantly more pups. In addition, the starvation and rescue protocol increased fertilization and embryo development rates in sperm from a severely subfertile mouse model, and when combined with temporal increase in Ca2+ ion levels, this methodology significantly improved fertilization and embryo development rates in sperm of sterile CatSper1 KO mice model. Intracytoplasmic sperm injection (ICSI) does not work in the agriculturally relevant bovine system. Here, we show that transient nutrient starvation of bovine sperm significantly enhanced ICSI success in this species. These data reveal that the conditions under which sperm are treated impact postfertilization development and suggest that this “starvation and rescue method” can be used to improve assisted reproductive technologies (ARTs) in other mammalian species, including humans.Fil: Navarrete, Felipe A.. University of Massachussets; Estados UnidosFil: Aguila, Luis. University of Massachussets; Estados UnidosFil: Martin Hidalgo, David. University of Massachussets; Estados Unidos. Universidad de Extremadura ; EspañaFil: Tourzani, Darya A.. University of Massachussets; Estados UnidosFil: Luque, Guillermina Maria. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; ArgentinaFil: Ardestani, Goli. University of Massachussets; Estados UnidosFil: Garcia Vazquez, Francisco A.. Universidad de Murcia; EspañaFil: Levin, Lonny R.. Cornell University; Estados UnidosFil: Buck, Jochen. Cornell University; Estados UnidosFil: Darszon, Alberto. Universidad Nacional Autónoma de México. Instituto de Biología; MéxicoFil: Buffone, Mariano Gabriel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; ArgentinaFil: Mager, Jesse. University of Massachussets; Estados UnidosFil: Fissore, Rafael A.. University of Massachussets; Estados UnidosFil: Salicioni, Ana M.. University of Massachussets; Estados UnidosFil: Gervasi, María G.. University of Massachussets; Estados UnidosFil: Visconti, Pablo E.. University of Massachussets; Estados Unido

Membrane potential hyperpolarization: a critical factor in acrosomal exocytosis and fertilization in sperm within the female reproductive tract

Hyperpolarization of the membrane potential (Em), a phenomenon regulated by SLO3 channels, stands as a central feature in sperm capacitation—a crucial process conferring upon sperm the ability to fertilize the oocyte. In vitro studies demonstrated that Em hyperpolarization plays a pivotal role in facilitating the mechanisms necessary for the development of hyperactivated motility (HA) and acrosomal exocytosis (AE) occurrence. Nevertheless, the physiological significance of sperm Em within the female reproductive tract remains unexplored. As an approach to this question, we studied sperm migration and AE incidence within the oviduct in the absence of Em hyperpolarization using a novel mouse model established by crossbreeding of SLO3 knock-out (KO) mice with EGFP/DsRed2 mice. Sperm from this model displays impaired HA and AE in vitro. Interestingly, examination of the female reproductive tract shows that SLO3 KO sperm can reach the ampulla, mirroring the quantity of sperm observed in wild-type (WT) counterparts, supporting that the HA needed to reach the fertilization site is not affected. However, a noteworthy distinction emerges—unlike WT sperm, the majority of SLO3 KO sperm arrive at the ampulla with their acrosomes still intact. Of the few SLO3 KO sperm that do manage to reach the oocytes within this location, fertilization does not occur, as indicated by the absence of sperm pronuclei in the MII-oocytes recovered post-mating. In vitro, SLO3 KO sperm fail to penetrate the ZP and fuse with the oocytes. Collectively, these results underscore the vital role of Em hyperpolarization in AE and fertilization within their physiological context, while also revealing that Em is not a prerequisite for the development of the HA motility, essential for sperm migration through the female tract to the ampulla