«Внутреннее ухо — лишь один из немногих органов, биопсия которых не проводится, и из-за этого ткани внутреннего уха человека недостаточны для исследовательских целей», — сказал Эри Хашино, доктор философии, профессор отоларингологии Рут С. Холтон в Медицинской школе IU. . «Ткани внутреннего уха человека, выращенные на тарелках, открывают беспрецедентные возможности для разработки и тестирования новых методов лечения различных заболеваний внутреннего уха».Исследование, опубликованное 1 мая в журнале Nature Biotechnology, возглавили Карл Р. Келер, доктор философии, доцент кафедры отоларингологии и хирургии головы и шеи Медицинской школы IU, и доктор Хашино в сотрудничестве с доктором философии Джеффри Холтом. , профессор отологии и ларингологии Гарвардской медицинской школы и Бостонской детской больницы. Исследование основано на предыдущей работе команды с техникой, называемой трехмерной культурой, которая включает инкубацию стволовых клеток в плавающий шарообразный агрегат, в отличие от традиционной клеточной культуры, в которой клетки растут в виде плоского слоя на поверхности культуральной чашки. По словам доктора Келера, это позволяет осуществлять более сложные взаимодействия между клетками и создает среду, более близкую к тому, что происходит в организме во время развития.
Посредством культивирования человеческих стволовых клеток таким образом и обработки их специфическими сигнальными молекулами исследователи смогли направить клетки через ключевые процессы, участвующие в развитии человеческого внутреннего уха. Это привело к тому, что ученые назвали «органоидами» внутреннего уха, или трехмерными структурами, содержащими сенсорные клетки и поддерживающие клетки, обнаруженные во внутреннем ухе.«По сути, это рецепт того, как сделать человеческое внутреннее ухо из стволовых клеток», — сказал доктор Келер, ведущий автор исследования, чья исследовательская лаборатория занимается моделированием человеческого развития. «После настройки нашего рецепта в течение года, мы были шокированы, обнаружив, что можем производить несколько органоидов внутреннего уха в каждой клеточной совокупности размером с горошину».Исследователи использовали технологию редактирования генов CRISPR для создания стволовых клеток, производящих флуоресцентно меченые сенсорные клетки внутреннего уха.
Выбрав меченые клетки для анализа, они обнаружили, что их органоиды содержат популяцию сенсорных клеток, которые имеют ту же функциональную сигнатуру, что и клетки, которые обнаруживают гравитацию и движение во внутреннем ухе человека.«Мы также обнаружили нейроны, подобные тем, которые передают сигналы от уха к мозгу, формируя связи с сенсорными клетками», — сказал доктор Келер. «Это захватывающая особенность этих органоидов, потому что оба типа клеток критически важны для правильного слуха и баланса».Доктор Хашино сказал, что эти открытия «по-настоящему меняют правила игры, потому что до сих пор потенциальные лекарства или методы лечения тестировались на клетках животных, которые часто ведут себя иначе, чем клетки человека».В настоящее время исследователи используют органоиды внутреннего уха человека, чтобы изучить, как гены, вызывающие глухоту, прерывают нормальное развитие внутреннего уха, и планируют начать первый в истории скрининг на наркотики с использованием органоидов внутреннего уха человека.
«Мы надеемся открыть новые лекарства, способные помочь регенерировать волосковые клетки, излучающие звук, во внутреннем ухе у тех, кто имеет серьезные проблемы со слухом», — сказал доктор Хашино.