Потеря крошечных клеток во внутреннем ухе, известная как "волосковые клетки," является основной причиной потери слуха, проблемы общественного здравоохранения, от которой страдает как минимум один из трех человек в возрасте старше 65 лет. Из двух разновидностей волосковых клеток "внешние волосковые клетки" действуют как микродвигатели, усиливающие входящий звук, а "внутренние волосковые клетки" действовать, чтобы воспринимать и передавать информацию о звуке в мозг. Клетки волос не регенерируют сами по себе в человеческих ушах, и они могут отмирать под воздействием множества факторов, включая чрезмерное шумовое воздействие, некоторые лекарства, инфекции и как часть естественного процесса старения.
Исследователи во всем мире работают над восстановлением человеческого слуха путем регенерации наружных волосковых клеток в улитке внутреннего уха, потеря которых является основной причиной ухудшения слуха, с помощью различных методов, а некоторые даже продемонстрировали успех в восстановлении некоторых из них. чувствительность слуха в исследованиях на животных. Однако новое исследование показывает, что восстановление слуха – это не только восстановление утраченных внешних волосковых клеток. В исследовании, опубликованном сегодня в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), группа исследователей из Массачусетса. Глаз и ухо показали, что для эффективного усиления и настройки звука каждая из внешних волосковых клеток должна быть расположена как определенная ветвь строительного блока Y-образной формы, который тысячи раз воспроизводится внутри улитки, чтобы сформировать высокоэффективную структуру. организованная сотовая архитектура.
"Наша работа предполагает, что для того, чтобы люди могли хорошо слышать, внешние волосковые клетки в улитке не только должны быть в хорошем рабочем состоянии, но также должны быть связаны с другими близлежащими структурами улитки особым образом," сказал старший автор Сунил Пурия, Ph.D., ученый Амелии Пибоди на мессе. Глаз и уши и инструктор по отоларингологии в Гарвардской медицинской школе. "Предполагалось, что, если нам удастся просто регенерировать внешние волосковые клетки, этого будет достаточно, чтобы восстановить слух. Но наша работа показывает, что необходимо учитывать и пространственную организацию восстановленных клеток."
Воодушевленные предыдущими исследованиями в своей лаборатории, исследователи создали детальное компьютерное моделирование улитки и крошечных структур внутри нее. Затем они проверили, как различное расположение и деформации Y-образных структур влияют на функцию слуха. Они обнаружили, что внешние волосковые клетки могут обеспечивать высокую слуховую чувствительность и частотную избирательность, только если расположены в их естественной конфигурации по отношению к окружающим структурам. Когда они изменили геометрию и свойства материала этих структур, способность клеток усиливать и настраивать звук была нарушена.
Исследование представляет собой важный шаг к пониманию функциональных последствий того, как внешние волосковые клетки расположены во внутреннем ухе, с далеко идущими последствиями для появления новых клинических методов лечения, направленных на восстановление слуха путем регенерации этих клеток, но не обязательно каким-то образом. который восстанавливает их критическое положение в естественных Y-образных строительных блоках улитки.
"Мы построили нашу модель, чтобы проверить, влияет ли перестройка клеток в Y-образных структурах внутреннего уха на способность уха усиливать звук," сказал доктор. Пурия. "Изменяя эти структуры в модели, мы видим убедительные доказательства того, что усиление и настройка в улитке сильно зависят от естественного расположения этих структур."
По словам соавтора Хамида Моталлебзаде, Ph.D., постдокторант в Массачусетсе. Глаз и ухо, "Вычислительные модели, такие как модель, разработанная для этого исследования, могут использоваться для воспроизведения и интерпретации экспериментальных измерений, что потенциально снижает потребность в исследованиях на животных, а также может позволить исследователям проводить хорошо контролируемые “ виртуальные эксперименты ”, выходящие далеко за рамки того, что в настоящее время можно проводить в реальных экспериментах."