Application of CASA technology and multivariate analysis to optimize the semen evaluation in domestic and wild animal species

Los sistemas CASA permiten el análisis de un gran número de células en muy poco tiempo, además de proporcionar una batería considerable de datos cuantitativos sobre cinética o morfometría de espermatozoides, lo que permite optimizar la cantidad y la confiabilidad de las dosis seminales producidas. Centrándose en la tecnología CASA, para obtener datos cuantitativos confiables, es necesario definir protocolos óptimos para la evaluación de cada parámetro seminal que garantice la consistencia y universalidad de la aplicación de los resultados. Sin embargo, hemos encontrado que este tipo de trabajo de estandarización de los protocolos aún no se ha llevado a cabo de manera integradora, lo que constituye el objetivo general de la presente tesis doctoral. En el primer trabajo (capítulo IV), el enfoque estadístico "clásico", basado en el análisis de varianza, el análisis de componentes principales (PC) mostró que las variables se agruparon en PC1, en relación con el tamaño y la PC2 con la forma. El análisis de la estructura de la subpoblación mostró cuatro grupos, a saber, grandes, pequeños, cortos y estrechos respecto de sus características. El segundo trabajo (capítulo V) mostró que la velocidad de fotogramas (FR) afectaba a todos los parámetros cinemáticos, siendo la velocidad curvilínea (VCL) la más sensible. Para estudios futuros basados únicamente en la motilidad progresiva, se deben usar 100 Hz durante 0,5 s, mientras que cuando se debe considerar la cinemática, se deben analizar a 212 Hz durante un segundo. En el tercer trabajo (capítulo VI), la motilidad total y progresiva no se vio afectada por el tiempo de captura. El tiempo de captura tuvo un efecto significativo en los valores de velocidad e índices (P 0.05) por el efecto animal. El análisis de componentes principales (PC) mostró que las variables se agruparon en cuatro componentes: PC1, relacionada con la progresividad, PC2 a la velocidad, PC3 a la oscilación y PC4 al tamaño de la cabeza del esperma. Las distribuciones de cada subpoblación de espermatozoides variaron entre los animales que potencialmente representan una relación con la capacidad de fertilización. Este estudio representa el primer trabajo en análisis CASA en espermatozoides de Caimán

Optimization of CASA-Mot Analysis of Donkey Sperm : optimum Frame Rate and Values of Kinematic Variables for Different Counting Chamber and Fields

In order to optimize the donkey sperm motility analysis by the CASA (Computer Assisted Sperm Analysis)-Mot system, twelve ejaculates were collected from six jackasses. Capillary loaded chamber (CLC), ISAS®D4C depths 10 and 20 µm, ISAS®D4C Leja 20 and drop displacement chamber (DDC), Spermtrack® (Spk) depths 10 and 20 µm were used. Sperm kinematic variables were evaluated using each chamber and a high-resolution camera capable of capturing a maximum of 500 frames/second (fps). The optimum frame rate (OFR) (defined according to curvilinear velocity-VCL) was dependent on chamber type. The highest OFR obtained was 278.46 fps by Spk20. Values for VCL, straight-line velocity (VSL), straightness (STR), amplitude of lateral head displacement (ALH) and beat cross frequency (BCF) were high in DDC and 10 µm depth. In both DDC 10 and 20 µm, the sperm velocities (VCL, VSL, VAP) and ALH values decreased significantly from the centre to the edges, while Wobble and BCF increased. No defined behavior was observed along the CLC. However, all the kinematic variables had a higher value in a highly concentrated sample, in both chamber types. In conclusion, analyzing a minimum of nine fields at 250 fps from the centre to the edges in Spk10 chamber using a dilution of 30 × 106 sperm/mL offers the best choice for donkey computerised sperm motility analysis

Fondement éthique du devoir sur l’accès ouvert à sources d’information scientifique

Scientific work generates sources of information through samples, data, results, or code writing such as software. This article ethically addresses the imperative that all parties involved in scientific research share information sources promptly, in consideration of the bioethics of duty. The literature retrieved from Web of Science was analyzed using the search terms 'ethical duty of open access to scientific information' up to July 2022. The exchange or availability of information allows for greater progress in science; however, it is not yet practiced in all areas. Ethical perspectives of researchers and the multidisciplinarity of research should be considered in decisions regarding the exchange of information to make it available to the scientific community. Even when normative duty criteria are applied, such as the positive duty, referring to data being actively available, or the negative duty, which involves refraining from preventing others from doing so, ethical principles in scientific practice should be considered. These include the community principle, which suggests that data do not belong to an individual researcher or a group of researchers but should be accessible to all researchers and the scientific community. Additionally, the disinterest principle indicates that scientists should not pursue their self-interest at the expense of the interests of the scientific community. It is concluded that there is an increasing awareness of the duty to share information through open access data or codes, making scientific information freely accessible. The philosophy of promoting greater open access to available information sources is gaining wider acceptance in the scientific community.El trabajo científico genera fuentes de información mediante muestras, datos, resultados o escritura de códigos como software.Este artículo aborda, éticamente, el imperativo de que todas las partes involucradas en la investigación científica compartan las fuentes de información de manera oportuna, en consideración de la bioética del deber. Se analizó la literatura recuperada en Web of Science mediante las palabras de búsqueda ética del deber sobre el acceso abierto a fuentes de información científica, hasta julio de 2022. El intercambio o la disponibilidad de información permite un mayor avance para la ciencia; sin embargo, aún no se practica en todas sus áreas. Se deben considerar las perspectivas éticas de las personas investigadoras, así como la multidisciplinariedad de la investigación en las decisiones sobre el intercambio de información para que estas estén disponibles para la comunidad científica. Aun cuando se apliquen criterios normativos del deber, como el deber positivo, referido a que los datos estén disponibles de forma activa, o el deber negativo, que implica abstenerse de evitar que otros lo hagan, se deben considerar principios éticos en la práctica científica, como el principio de comunidad que sugiere que los datos no pertenecen a una persona investigadora individual ni a un grupo de personas investigadoras, sino que deberían ser accesibles para todos las personas investigadoras y la comunidad científica, así como el principio de desinterés, que indica que las personas científicas no deben perseguir su propio interés a expensas de los intereses de la comunidad científica. Se concluye que, cada vez más, se está generalizando la conciencia del deber de compartir información mediante datos o códigos en acceso abierto, información científica de acceso libre. La filosofía de promover una mayor apertura de acceso abierto a fuentes de información disponible tiene mayor aceptación generalizada en la comunidad científica.Le travail scientifique produit des sources d’information à travers des échantillons, des données, des résultats et de l’écriture des codes comme le logiciel. Cet article traite sous une vue éthique, l’urgence de demander à toutes les parties concernées de partager en temps opportun les sources d’information en prenant considération de la bioéthique. Pour ce faire, nous avons analysé la littérature retrouvée sur Web of Science moyennant les mots de recherche éthique du devoir sur l’accès ouvert à sources d’information scientifique, jusqu’à juillet de 2022. L’échange ou la disponibilité d’information permet plus de progrès de la science, cependant cela ne se met en place dans toutes ses domaines. Il faut considérer les perspectives éthiques des chercheurs, ainsi que la multidisciplinarité de la recherche dans les décisions sur l’échange de l’information afin qu’elles soient disponibles pour la communauté scientifique. Même si l’on applique les critères normatifs du devoir, comme le devoir positif qui fait référence aux données qui sont disponibles de manière active ; ou bien le devoir négatif qui implique de s’abstenir à éviter que les autres le fassent. Il faut aussi considérer les principes éthiques dans l’exercice scientifique, tel que le principe de communauté qui suggère que les données n’appartiennent pas à un chercheur ou à un groupe de chercheurs, au contraire, elles doivent être disponibles pour tous les chercheurs et la communauté scientifique. Le principe de désintéressement présume que le travail du scientifique est guidé par le désir d'accroître les connaissances et non par le désir d'assouvir des intérêts personnels ou celui d'obtenir des récompenses. Pour conclure, nous constatons que, de plus en plus, la conscience du devoir de partager de l’information par les données et par les es codes sous accès ouvert, c’est-à-dire, l’information scientifique d’accès ouvert, est plus généralisée. Cette philosophie de promouvoir une plus grande ouverture de libre accès à des sources d’information disponible, elle a une meilleure acceptation dans la communauté scientifique

Morphometric comparison by the ISAS® CASA-DNAf system of two techniques for the evaluation of DNA fragmentation in human spermatozoa

Artículo científicoDNA fragmentation has been shown to be one of the causes of male infertility, particularly related to repeated abortions, and different methods have been developed to analyze it. In the present study, two commercial kits based on the SCD technique (Halosperm ® and SDFA) were evaluated by the use of the DNA fragmentation module of the ISAS ® v1 CASA system. Seven semen samples from volunteers were analyzed. To compare the results between techniques, the Kruskal-Wallis test was used. Data were used for calculation of Principal Components (two PCs were obtained), and subsequent subpopulations were identified using the Halo, Halo/Core Ratio, and PC data. Results from both kits were significantly different (P < 0.001). In each case, four subpopulations were obtained, independently of the classification method used. The distribution of subpopulations differed depending on the kit used. From the PC data, a discriminant analysis matrix was obtained and a good a posteriori classification was obtained (97.1% for Halosperm and 96.6% for SDFA). The present results are the first approach on morphometric evaluation of DNA fragmentation from the SCD technique. This approach could be used for the future definition of a classification matrix surpassing the current subjective evaluation of this important sperm factor

Morphometry and subpopulation structure of Holstein bull spermatozoa: Variations in ejaculates and cryopreservation straws

Artículo científicoSperm quality is evaluated for the calculation of sperm dosage in artificial reproductive programs. The most common parameter used is motility, but morphology has a higher potential as a predictor of genetic quality. Morphometry calculations from CASA‑Morph technology improve morphological evaluation and allow mathematical approaches to the problem. Semen from 28 Holstein bulls was collected by artificial vagina, and several ejaculates were studied. After general evaluation, samples were diluted, packaged in 0.25 ml straws, and stored in liquid nitrogen. Two straws per sample were thawed, and slides were processed and stained with Diff‑Quik. Samples were analyzed by a CASA‑Morph system for eight morphometric parameters. In addition to the “classical” statistical approach, based on variance analysis (revealing differences between animals, ejaculates, and straws), principal component (PC) analysis showed that the variables were grouped into PC1, related to size, and PC2 to shape. Subpopulation structure analysis showed four groups, namely, big, small, short, and narrow from their dominant characteristics, representing 31.0%, 27.3%, 24.1%, and 17.7% of the total population, respectively. The distributions varied between animals and ejaculates, but between straws, there were no differences in only four animals. This modern approach of considering an ejaculate sperm population as divided into subpopulations reflecting quantifiable parameters generated by CASA‑Morph systems technology opens a new view on sperm function. This is the first study applying this approach to evaluate different ejaculates and straws from the same individual. More work must be done to improve seminal dose calculations in assisted reproductive programs.Instituto Tecnológico de Costa Rica. Escuela de Agronomía. Sede San Carlos

Condiciones óptimas del análisis CASA-Mot del semen de verraco: efecto de la tasa de fotogramas para diferentes cámaras y campos de recuento espermático

The aim of the study was to determine the effect of the frame rate on different depths of the sperm counting chamber in boar semen and to analyse the distribution of sperm in the longitudinal fields of the counting chamber. A semen sample was collected from ten 2–3-year-old Pietrain boars. Eight sperm kinetic parameters were determined using the CASA (Computer-assisted semen analysis) -Mot (ISAS®v1) system. ISAS®D4C cameras with depths of 10, 16 and 20 μm were used at an image capture rate of 25, 40 and 60 frames per second (fps). Chamber depth affected the sperm kinetic variables, obtaining higher values at 20 µm. The frame rate (FR) presented a positive relationship with the kinetic parameters, obtaining higher values at 60 fps, except for the amplitude of the lateral displacement of the head (ALH), which presented opposite values. The variable most sensitive to the change in FR was the curvilinear velocity (VCL), where the best level was observed with 80 fps. A progressive decrease in kinematic patterns was observed as sperm advanced through the fields of the chambers. It is concluded that the use of different counting chambers and the increase in the total number of fps generates significant changes in the estimation of sperm kinetics parameters in the boar.El objetivo del estudio fue determinar el efecto de la tasa de fotogramas sobre diferentes profundidades de cámara de recuento espermático en semen de verraco y analizar la distribución de los espermatozoides en los campos longitudinales de la cámara de conteo. Se colectó una muestra de semen a 10 verracos Pietrain de 2-3 años. Se determinaron ocho parámetros de cinética espermática mediante el sistema CASA (Computer-assisted semen analysis)-Mot (ISAS®v1). Se utilizaron cámaras ISAS®D4C con profundidades de 10, 16 y 20 μm a una frecuencia de captura de imagen de 25, 40 y 60 fotogramas por segundo (fps). La profundidad de cámara afectó las variables de cinética espermática, obteniéndose valores más altos a 20 µm. La tasa de fotogramas (FR) presentó una relación positiva con los parámetros de cinética obteniéndose valores más altos a 60 fps, excepto para la amplitud del desplazamiento lateral de la cabeza (ALH) que presentó un comportamiento inverso. La variable más sensible al cambio en FR fue la velocidad curvilínea (VCL), donde el mejor nivel se observó con 80 fps. Se observó una disminución progresiva en los patrones cinemáticos conforme los espermatozoides avanzaban por los campos de las cámaras. Se concluye que el uso de diferentes cámaras de recuento y el incremento en el número total de fps genera cambios significativos en la estimación de parámetros de cinética espermática en el verraco

Influencia de los espermatozoides afuncionales en la criopreservacion de los funcionales en la especie porcina

A partir de la hipótesis de que la calidad espermática en los eyaculados de porcino puede condicionar su posterior congelabilidad, los objetivos de esta investigación fueron: (1) demostrar si los espermatozoides afuncionales (espermatozoides con alteraciones morfológicas y/o funcionales) presentes en el eyaculado condicionan la congelabilidad.Valverde Abarca, A. (2011). Influencia de los espermatozoides afuncionales en la criopreservacion de los funcionales en la especie porcina. http://hdl.handle.net/10251/15899Archivo delegad

Evaluación de cámaras de recuento sobre parámetros espermáticos de verracos analizados con un sistema CASA-Mot

Introduction. Understanding the variability in sperm kinetic values through different chambers depths, shows the importance to create a standard for quality control methods in the artificial insemination (AI) industry. Objective. The work aimed was to evaluate the spermatozoa kinetic parameters based on different depths of the visualization chamber by means of a commercial system of computer-assisted sperm analysis, CASA-Mot. Materials and Methods. Twenty seminal doses of ten pietrain boars were used. The experimental period was from February to July 2017. The Integrated Semen Analyses System (ISAS®v1) with 50 Hz capture frequency was used. ISAS®D4C16 and ISAS®D4C20 counting chambers with a height of 16 and 20 μm respectively and pre-heated to 37 °C were employed. Results. Higher values (p<0.05) were found for all kinetic parameters when the height of the counting chamber was 20 μm. The zone effects within the counting chamber were constant between the two heights, and the variations observed in the kinetic parameters were due to a random effect of the boar. When analyzing the zone effect within the counting chamber, the first three fields of analysis showed higher curvilinear and rectilinear velocity (p<0.05) than the following fields, which is attributed to the presence of passive movement (drifting). Conclusion. The greater amplitude and volume capacity within the counting chamber (20 μm versus 16 μm), could promote the unrestricted movement of the cells, which would explain the increase in the kinetic values as the chamber height increased. Studies on the technical conditions of seminal analysis should be continued in order to standardize valuation methods with CASA systems.Introducción. La comprensión de la variabilidad en los valores de la cinética de los espermatozoides, por medio de diferentes profundidades de cámaras, demuestra la importancia de crear un estándar para los métodos de control de calidad en la industria de la inseminación artificial (IA). Objetivo. El objetivo del presente trabajo fue evaluar los parámetros de cinética de los espermatozoides con base en diferentes profundidades de cámara de visualización mediante un sistema comercial de análisis de esperma asistidos por computadora, CASA-Mot. Materiales y Métodos. Se utilizaron veinte dosis seminales de diez verracos pietrain. El periodo experimental fue de febrero a julio del año 2017. Se utilizó el sistema integrado de análisis de semen (ISAS®v1) con una frecuencia de captura de 50 Hz. Se utilizaron cámaras de recuento ISAS®D4C16 e ISAS®D4C20 con una altura de 16 y 20 μm, respectivamente y precalentadas a 37 °C. Resultados. Se encontraron valores superiores (p<0,05) para todos los parámetros cinéticos cuando la altura de la cámara de recuento fue de 20 μm. El efecto de zona dentro de la cámara de recuento se mantuvo constante entre las dos alturas, y las variaciones observadas en los parámetros cinéticos se debieron a un efecto aleatorio del verraco. Al analizar el efecto de zona dentro de la cámara de recuento, los primeros tres campos de análisis mostraron mayor velocidad curvilínea y rectilínea (p<0,05) que los siguientes campos, lo que se atribuye a la presencia de movimiento pasivo (drifting). Conclusión. La mayor amplitud y capacidad de volumen dentro de la cámara de recuento (20 μm versus 16 μm), podría favorecer el desplazamiento sin restricciones de las células, lo que explicaría el incremento en los valores cinéticos conforme aumentó la altura de la cámara. Deben continuarse los estudios sobre las condiciones técnicas del análisis seminal para estandarizar los métodos de valoración con los sistemas CASA

Sistemas de análisis computadorizado de semen en la reproducción animal

Computer-assisted semen analysis (CASA) is used in animal reproduction with the objective of evaluating sperm quality, quickly and reliably. Currently, artificial insemination centers must have reliable and objective systems that ensure the reliability of reproductive data. The aim of this paper was to review computer-assisted semen analysis in livestock species. The use of CASA systems replace routine quality analyzes that introduce biases and leads to different inaccuracy degrees. In addition, if intrinsic limitations of microscopy or sperm with different motility patterns are considered, it is most likely that considerable variability will be introduced which will have an impact on the objectivity of the estimation. At first, this type of technology was inaccessible, but they are currently used routinely in most research laboratories for the evaluation of sperm samples of different species of zootechnical interest.. Computerized techniques are able to issue reports with a high number of characteristics, to minimize the subjective factor of routine semen analysis, and to ensure a better correlation with the fertilizing capacity of spermatozoa by the relationship between sperm motility and functional competence. The use of CASA systems together with multivariate statistical analysis have demonstrated the existence of kinetic and morphometric subpopulations in ejaculates of different species, eliminating the idea that ejaculates are homogeneous, formed by a single sperm population with normal distribution.Los sistemas computadorizados de análisis seminal (CASA, en inglés), se utilizan en reproducción animal con el propósito de valorar de forma rápida y fiable la calidad espermática. Actualmente, en los centros de inseminación artificial se debe disponer de sistemas fiables y objetivos que garanticen una confiabilidad de datos reproductivos. El objetivo fue realizar una revisión acerca de los sistemas de análisis seminal asistidos por computadora, en especies ganaderas. El uso de sistemas CASA sustituye los análisis rutinarios que introducen sesgos y que conlleva a obtener distintos grados de imprecisión. Además, si se consideran las limitaciones intrínsecas de microscopía o espermatozoides con diferentes patrones de movilidad, lo más probable es que se introduzca una variabilidad considerable que repercute en la objetividad de la estimación. En un principio, este tipo de tecnologías eran poco accesibles, pero actualmente se utilizan en la mayoría de laboratorios para la evaluación de muestras espermáticas en distintas especies de interés zootécnico. Las técnicas computadorizadas son capaces de emitir informes con un número elevado de características, minimizar el factor subjetivo de los análisis rutinarios de semen y garantizar una mejor correlación con la capacidad fecundante de los espermatozoides, por medio de las relaciones entre la motilidad espermática y su competencia funcional. El uso de sistemas CASA junto con el análisis estadístico multivariante, han demostrado la existencia de subpoblaciones tanto cinéticas como morfométricas en eyaculados de diferentes especies, desterrando la idea de que los eyaculados son homogéneos, formados por una única población espermática con distribución normal

Sistemas de análisis computadorizado de semen en la reproducción animal

Los sistemas computadorizados de análisis seminal (CASA, en inglés), se utilizan en reproducción animal conel propósito de valorar de forma rápida y fiable la calidad espermática. Actualmente, en los centros de inseminación artificial se debe disponer de sistemas fiables y objetivos que garanticen una confiabilidad de datos reproductivos.El objetivo fue realizar una revisión acerca de los sistemas de análisis seminal asistidos por computadora, enespecies ganaderas. El uso de sistemas CASA sustituye los análisis rutinarios que introducen sesgos y que conllevaa obtener distintos grados de imprecisión. Además, si se consideran las limitaciones intrínsecas de microscopíao espermatozoides con diferentes patrones de movilidad, lo más probable es que se introduzca una variabilidad considerable que repercute en la objetividad de la estimación. En un principio, este tipo de tecnologías eran pocoaccesibles, pero actualmente se utilizan en la mayoría de laboratorios para la evaluación de muestras espermáticas en distintas especies de interés zootécnico. Las técnicas computadorizadas son capaces de emitir informes con un número elevado de características, minimizar el factor subjetivo de los análisis rutinarios de semen y garantizar una mejor correlación con la capacidad fecundante de los espermatozoides, por medio de las relaciones entre la motilidad espermática y su competencia funcional. El uso de sistemas CASA junto con el análisis estadístico multivariante, han demostrado la existencia de subpoblaciones tanto cinéticas como morfométricas en eyaculados de diferentesespecies, desterrando la idea de que los eyaculados son homogéneos, formados por una única población espermáticacon distribución normal