Vedcom sa podarilo vybrať z tela a udržať pri živote nedostupný sluchový orgán. Teraz môžu rýchlejšie napredovať vo výskume s cieľom zvrátiť stratu sluchu.
Špeciálne navrhnutá komora, ktorá pomáha napodobňovať životné prostredie kochley. Zdroj: Chris Taggart / Rockefellerova univerzita
Krátko pred svojou smrťou v auguste 2025 dosiahol výskumník A. James Hudspeth a jeho tím v Laboratóriu senzorickej neurovedy na Rockefellerovej univerzite prelomový technologický pokrok: schopnosť prvýkrát udržať malý kúsok kochley pri živote a funkčný mimo tela. Ich nové zariadenie im umožnilo zachytiť živú biomechaniku pozoruhodných sluchových schopností kochley vrátane výnimočnej citlivosti, ostrého ladenia frekvencií a schopnosti kódovať široký rozsah intenzity zvuku.
Majstrovské vedecké dielo
„Teraz môžeme kontrolovaným spôsobom pozorovať prvé kroky procesu sluchu, čo bolo predtým nemožné,“ uviedol spoluautor Francesco Gianoli, postdoktorand v laboratóriu. Táto inovácia, opísaná v dvoch nedávnych článkoch v PNAS a Hearing Research, je produktom Hudspethovej päťdesiatročnej práce odhaľujúcej molekulárne a nervové mechanizmy sluchu. Jeho poznatky osvetlili nové cesty k prevencii alebo zvráteniu straty sluchu.
Vďaka tomuto pokroku výskumníci poskytli aj priamy dôkaz o zjednocujúcom biofyzikálnom princípe, ktorý riadi sluch v celej živočíšnej ríši, čo je téma, ktorú Hudspeth skúmal viac ako štvrťstoročie. „Táto štúdia je majstrovským dielom,“ hovorí biofyzik Marcelo Magnasco, vedúci Laboratória integratívnej neurovedy v Rockefellerovej univerzite, ktorý s Hudspethom spolupracoval na niektorých jeho zásadných zisteniach. „V oblasti biofyziky je to jeden z najpôsobivejších experimentov za posledných päť rokov.“
Uloženie kochley v tele. Zdroj: iStock/Silver Place
Nedostupný orgán
Hoci je kochlea zázrakom evolučného inžinierstva, niektoré z jej základných mechanizmov zostávali dlhý čas skryté. Krehkosť a neprístupnosť orgánu (uloženie v najhustejšej kosti v tele) sťažujú jeho štúdium v praxi. Tieto výzvy dlho frustrujú výskumníkov sluchu, pretože väčšina strát sluchu je spôsobená poškodením senzorických receptorov, nazývaných vlasové bunky, ktoré lemujú kochley.
Orgán má približne 16 000 týchto vláskových buniek a každá z nich je zakončená niekoľkými stovkami jemných „tykadiel“ alebo stereocílií, ktoré raní mikroskopici prirovnávali k vlasom. Každý zväzok je naladený stroj, ktorý zosilňuje a premieňa zvukové vibrácie na elektrické reakcie. Tie dokáže potom mozog interpretovať.
V prípade hmyzu a niektorých bezstavovcov, napríklad žiab skúmaných v Hudspethovom laboratóriu, je sluch založený na biofyzikálnom jave zvanom Hopfova bifurkácia – mechanická nestabilita na hranici medzi pokojom a osciláciami. Aj veľmi slabý zvuk tak dokáže uviesť systém do pohybu a zosilniť signál. Otázkou zostávalo, či sa tento jav vyskytuje aj u cicavcov.
Schéma ucha. Zdroj: iStock/ttsz
Udržanie kochley mimo tela
Na zodpovedanie tejto otázky sa Hudspethov tím rozhodol, že musí pozorovať aktívny proces v kochlei cicavcov v reálnom čase a s väčšou úrovňou detailov ako kedykoľvek predtým. Aby to výskumníci dosiahli, zamerali sa na kochleu pieskomilov, ktorých sluch spadá do podobného rozsahu, ako majú ľudia. Zo zmyslového orgánu v oblasti kochley, ktorá zachytáva stredný rozsah frekvencií, vyrezali kúsky nie väčšie ako 0,5 mm.
Svoju excíziu načasovali do vývojového momentu, v ktorom je sluch pieskomila zrelý, ale kochlea ešte úplne nezrástla s hustou spánkovou kosťou. Vložili kúsok tkaniva do špeciálnej komory, ktorá napodobňuje prirodzené prostredie senzorického tkaniva – neustále ho obmýva výživná tekutina (endolymfa a perilymfa) a udržiava napätie i jeho prirodzenú teplotu. Potom začali prehrávať zvuky cez malý reproduktor a pozorovali odozvu.
Objav biofyzikálneho princípu
Medzi procesy, ktoré pozorovali, patrilo, ako pridáva otváranie a zatváranie iónových kanálov vo vlasových zväzkoch energiu k vibráciám vyvolaným zvukom, čím ich zosilňuje, a ako sa predlžujú a sťahujú vonkajšie vlasové bunky v reakcii na zmeny napätia prostredníctvom procesu nazývaného elektromotilita. „Mohli sme do najmenších detailov vidieť, čo robí každý kúsok tkaniva na subcelulárnej úrovni,“ hovorí Gianoli.
„Tento experiment si vyžadoval mimoriadne vysokú úroveň presnosti a jemnosti. V stávke je mechanická krehkosť aj elektrochemická zraniteľnosť,“ poznamenáva Magnasco. Dôležitým zistením je, že kľúčom k aktívnemu procesu bola skutočne Hopfova bifurkácia – bod zlomu, ktorý zmenil mechanickú nestabilitu na zosilnenie zvuku. „Toto ukazuje, že mechanika sluchu je v prípade cicavcov pozoruhodne podobná tomu, čo bolo pozorované v celej biosfére,“ hovorí spoluautor Rodrigo Alonso, výskumný pracovník laboratória.
Liečba straty sluchu
Vedci očakávajú, že experimentovanie s použitím kochley ex vivo zlepší ich chápanie sluchu a môže viesť k lepším liečebným terapiám. „Teraz budeme schopní farmakologicky narušiť systém veľmi cieleným spôsobom, čo doteraz nebolo možné, napríklad zameraním sa na špecifické bunky alebo bunkové interakcie,“ hovorí Alonso. V tejto oblasti je veľká potreba nových potenciálnych terapií.
„Zatiaľ nebol schválený žiadny liek na obnovenie sluchu pri senzorineurálnej strate. Jedným z dôvodov je, že stále máme neúplné mechanické chápanie aktívneho procesu sluchu,“ vysvetľuje Gianoli. „Teraz však máme nástroj, ktorý môžeme použiť na pochopenie toho, ako systém funguje a ako a kedy sa pokazí. Dúfame, že vymyslíme spôsoby, ako zasiahnuť skôr, než bude neskoro.“
Zdroj: Rockefeller University, Technology
(LDS)
