Цивилизация
Открытие позволит по-новому взглянуть на процесс развития органа слуха и моделировать заболевания, связанные с нарушением его функций, в лаборатории. Предполагается, что на этих моделях можно будет изучать действие лекарств и отрабатывать методы лечения, направленные на восстановление слуха и чувства равновесия. Результаты работы исследовательской группы под руководством Эри Хашино и Рут Холтон из Медицинского центра Университета Индианы, США, появились 11 июля в журнале Nature.
Внутреннее ухо – очень сложный с архитектурной точки зрения орган. «Имеющий уши да слышит» – гласит евангельское изречение. Но чтобы слышать, нам необходим целый комплекс структур. Наружное ухо улавливает и усиливает звук. Слуховые косточки среднего уха по цепочке передают колебания воздуха на внутреннее ухо, где они преобразуются в колебания жидкости. Именно во внутреннем ухе осуществляется самая сложная первичная работа по распознаванию звукового сигнала. Клетки сенсорного эпителия преобразуют его в нервный импульс и направляют в соответствующие отделы головного мозга. Кроме того, клетки сенсорного эпителия могут «чувствовать» силу тяжести и выполняют еще одну важную функцию в организме – помогают поддерживать равновесие. Они успешно справляются с этим благодаря некоторым особенностям своего строения. И воспроизвести такую структуру «в пробирке» оказывается сложнейшей задачей.
Ученые из Индианы пытались выращивать клетки внутреннего уха на плоскости — в чашках Петри, но терпели неудачу, отчасти потому, что клетки не получали сигнал, необходимый для формирования сенсорных волосков. Клетки сенсорного эпителия называют волосковыми, поскольку из их верхушек растут пучки волосков, именно они воспринимают звуковые и вестибулярные сигналы.
Единственный выход из этой ситуации — придумать, как создать условия для выращивания трехмерной структуры. Ученые «подвешивали» агрегаты клеток в культуральной среде, отличающейся по своему составу от стандартной, используемой для таких процедур. В ней содержались молекулы, присутствующие в биологических жидкостях на более ранних стадиях развития организма.
Кроме того, что оказалось очень важным, в таком «подвешенном» состоянии клетки сигнализировали друг другу о механической нагрузке, что помогало им в процессе дифференцировки подстраиваться под общие требования будущей трехмерной структуры.
«Нашей главной целью было создать некий прототип внутреннего уха в культуре, — пояснил доктор Хашино. — Но когда мы проанализировали то, что получилось, то обнаружили тысячи полноценных волосковых клеток».
Дальнейшее изучение электрофизиологических свойств выращенных «в пробирке» клеток показало, что они, как и обычные волосковые клетки, успешно справлялись со своими основными функциями — воспринимали и преобразовывали звуковые и гравитационные сигналы.
Помимо этого, ученым удалось вырастить из стволовых клеток нейроны, похожие на те, что служат посредниками между клетками внутреннего уха и головного мозга. Удалось даже «подключить» их к волосковым клеткам.
Исследование открывает большие возможности для изучения формирования сложной структуры органа слуха. Теперь ученые работают над тем, чтобы полученные на мышах данные можно было экстраполировать на человека. Возможность выращивать клетки внутреннего уха из собственных стволовых клеток пациента открывает путь к клеточной терапии людей с дефектами слуха и вестибулярного аппарата.