Новый метод создания волосковых клеток внутреннего уха расширяет возможности исследований

Ученые разработали более эффективный и контролируемый способ получения волосковых клеток внутреннего уха в лаборатории по сравнению с существующими методами, что предлагает новый инструмент для изучения потери слуха.

Исследование, опубликованное в качестве рецензируемой препринт-версии в eLife, редакторы журнала описывают как важную работу, существенно продвигающую понимание факторов, способных индуцировать клетки, подобные волосковым, из человеческих стволовых клеток. Они добавляют, что доказательства, подтверждающие выводы, убедительны.

Потеря слуха затрагивает сотни миллионов людей во всем мире и часто является результатом утраты сенсорных волосковых клеток во внутреннем ухе — специализированных клеток, преобразующих звуковые вибрации в электрические сигналы для мозга. Эти клетки могут быть повреждены из-за воздействия громкого шума, приема определенных лекарств, инфекций или старения. У людей, однажды погибнув, эти клетки не восстанавливаются, что делает потерю слуха часто необратимой.

Исследования в этой области ограничены недоступностью реальных человеческих волосковых клеток и неэффективностью лабораторных моделей.

В предыдущей работе авторы показали, что клетки мыши можно перепрограммировать в клетки, более похожие на волосковые, с помощью четырех транскрипционных факторов: Six1, Atoh1, Pou4f3 и Gfi1, коллективно обозначаемых как SAPG. Однако этот метод основан на вирусной доставке, что создает проблемы для воспроизводимости и масштабируемости.

В новом исследовании Роберт Рейни и коллеги создали стабильную линию человеческих стволовых клеток, несущую доксициклин-индуцируемую версию транскрипционных факторов SAPG. Добавление антибиотика доксициклина в культуру позволило точно контролировать процесс перепрограммирования. Чтобы отслеживать, когда клетки начинают приобретать характеристики волосковых, ученые включили в систему репортерный флуоресцентный ген, который активировался по мере прогрессирования перепрограммирования.

При добавлении доксициклина первые признаки перепрограммирования наблюдались в течение трех дней. К седьмому дню около 35–40% клеток экспрессировали ключевые маркеры волосковых клеток, такие как MYO7A, MYO6 и POU4F3. Это представляет собой более чем 19-кратное увеличение эффективности по сравнению с предыдущим вирусным подходом, и вдвое быстрее.

Анализ методом секвенирования РНК единичных клеток показал, что перепрограммированные клетки имеют много общих ключевых транскрипционных факторов и сигнальных путей с волосковыми клетками внутреннего уха человеческого плода. Хотя клетки четко не разделялись на кохлеарные (связанные со слухом) или вестибулярные (связанные с равновесием) подтипы, они экспрессировали маркеры обоих типов. Это говорит о том, что метод позволил получить клетки, близко напоминающие незрелые (ранней стадии развития) человеческие волосковые клетки.

Используя patch-записи, исследователи также обнаружили у перепрограммированных клеток ряд потенциал-зависимых ионных токов — электрических сигналов, генерируемых движением заряженных частиц через клеточную мембрану, которые необходимы для обнаружения и реакции волосковых клеток на звук. Некоторые из этих токов соответствовали тем, что наблюдаются в развивающихся человеческих волосковых клетках.

Новый метод имеет несколько преимуществ перед системами вирусной доставки: возможность точного контроля начала и остановки перепрограммирования с помощью коротких импульсов доксициклина, работа в стандартных двумерных клеточных культурах и отсутствие необходимости в вирусной доставке. Эти особенности делают метод значительно более масштабируемым и адаптируемым для будущих исследований — будь то моделирование развития внутреннего уха человека, изучение потери слуха или скрининг защитных лекарств.