Odkrycie dostarcza nowego spojrzenia na rozwój organów sensorycznych, zapewnia model laboratoryjny do badania chorób, opracowywania leków, potencjalnych terapii leczenia utraty słuchu i zaburzeń równowagi.

Zespół badawczy kierowany przez dr Eri Hashino i Rutha C. Holtona (profesora otolaryngologii na Indiana University School of Medicine) wykorzystał metodę trójwymiarowej hodowli komórkowej. Udało się pokierować rozwój komórek macierzystych do nabłonka sensorycznego ucha wewnętrznego ( zawierającego komórki czuciowe z włoskami, komórki wspomagające i neurony), który odpowiada za detekcję dźwięku, pozycji głowy i grawitacji. Wyniki opublikowano w  Nature.

Poprzednie próby wytworzenia nabłonka sensorycznego w tradycyjnych systemach hodowli komórkowych były częściowo nieudane z powodu komórek rzęsatych. Na płaskiej płytce nie rozwijały się włoski słuchowe (stereocilia). Jak mówi dr Hashino, jego zespół wywnioskował potrzebę zawieszenia komórek jako agregatów w specjalnej pożywce. Zapewniło im to środowisko podobne, jakie obecne jest podczas wczesnych fazach rozwoju ciała.

Zespół naśladował wczesne etapy rozwoju poprzez precyzyjne dostarczanie czynników potrzebnych do dyferencjacji komórek macierzystych do następnego etapu, czyli prekursorów ucha wewnętrznego. Dzięki zawieszeniu w trójwymiarowym środowisku zapewniono potrzebne w procesie bodźce mechaniczne, takie jak nacisk wywierany przez wzajemnie na siebie przez komórki.

Komórki rzęsate wewnętrzne (czerwone), z włoskami (stereocilia i kinocilia - zielone), powstałe z komórek macierzystych. Jądra komórkowe wybarwione na niebiesko. Indiana University School of Medicine

Trójwymiarowa kultura komórkowa pozwoliła komórkom na samo-organizację w złożoną tkankę przy pomocy sygnałów mechanicznych, których znaczenie odkryliśmy podczas badań rozwoju embrionalnego - mówi współautor badania Karl R. Koehler.

Naukowcy byli zaskoczeni skutecznością procesu rozwoju komórek macierzystych do prekursorów ucha wewnętrznego po umieszczeniu ich trójwymiarowym środowisku; komórki nie tylko "wiedziały", aby stać się różnymi typami komórek organu, ale też wykazały zdolność do samoorganizacji według wzoru identycznego z naturalną tkanką ucha wewnętrznego. Naszym początkowym celem było jedynie otrzymanie prekursorów tkanki w kulturze komórkowej, ale podczas obserwacji znaleźliśmy tysiące w pełni wykształconych komórek rzęsatych - opowiada dr Hashino.

Testy elektrofizjologiczne wykazały, że komórki rzęsate uzyskane z komórek macierzystych są w pełni funkcjonalne. Należą do grupy odpowiedzialnej za zmysł grawitacji i ruchu. Co więcej, neurony i synapsy normalnie zapewniające połączenie komórek sensorycznych z mózgiem, także rozwinęły się w kulturze in vitro.

Na kolejne badania planowane jest określenie, jak wygląda rozwój komórek ucha wewnętrznego odpowiedzialnych za zmysł słuchu, oraz jak zdobyta wiedza może być wykorzystana do opracowania ludzkich komórek słuchowych.