Come far crescere un orecchio e perché

Jun 15, 2023

Dan ha conseguito un dottorato in biochimica presso la SUNY Buffalo e ha completato borse di studio post-dottorato presso l'USDA e la Carnegie Mellon University. È uno scrittore freelance il cui lavoro è apparso su Massive Science, The Daily Beast, VICE e GROW. Dan è molto interessato a scrivere su come le molecole collaborano per creare fenomeni di dimensioni corporee.

La prima cosa che fanno la maggior parte degli scienziati quando studiano qualcosa è guardarla. Un chiropterologo guarda un pipistrello. Un geologo guarda la Terra. Ma per uno scienziato interessato all’orecchio interno, le cose diventano più complicate. È difficile esaminare un orecchio interno attaccato a un animale vivente che ha bisogno di quell'orecchio per l'udito e l'equilibrio senza uccidere le cellule sensibili che ospita, distruggere la complessa struttura dell'orecchio stesso o semplicemente sbilanciare l'intero sistema. In questi casi, è più facile farsi crescere un orecchio, o qualcosa di simile, in laboratorio e studiarlo invece.

Da anni gli scienziati creano organoidi da una varietà di tessuti come cervello, reni e fegato (1–3). Per i tessuti esterni come l’orecchio, tuttavia, il campo è agli inizi. Ma negli ultimi anni si è verificata un’ondata di progressi nella biologia molecolare della perdita dell’udito e una crescente capacità di modellare accuratamente la complessa architettura dell’orecchio in laboratorio utilizzando cellule staminali.

La perdita dell’udito è la terza sfida sanitaria più comune per gli adulti, dopo solo le malattie cardiache e l’artrite. Circa 1,3 miliardi di persone in tutto il mondo ne sono affette, con fattori genetici, infezioni e rumore ambientale tra le cause più comuni (4). La perdita dell’udito spesso deriva da cellule ciliate danneggiate. Queste cellule altamente specializzate convertono le deflessioni delle loro proiezioni simili a capelli nella coclea in segnali neuronali. Nel corso della vita di una persona, queste cellule si consumano. Poiché non si rigenerano, il danno all'orecchio può essere permanente (5).

Gli scienziati del settore stanno creando nuovi sistemi organoidi dell’orecchio per testare terapie per l’orecchio interno. A causa dell'architettura sofisticata ed elaborata dell'orecchio, si trovano a lavorare in alcune delle circostanze biologiche più difficili che il corpo umano ha da offrire. Col tempo, hanno imparato che spesso il modello migliore per studiare l'orecchio assomiglia più a una palla di cellule.

Quando Karl Koehler iniziò la scuola di specializzazione presso l'Università dell'Indiana, era interessato alle cellule staminali. "In particolare, ero affascinato dallo sviluppo sensoriale: come sviluppiamo questi apparati davvero complicati che rilevano i segnali esterni e li inviano al cervello", ha detto. Ha avuto un colpo di fortuna. "È successo che l'unico laboratorio che accoglieva nuovi studenti focalizzati sullo sviluppo sensoriale e sulle cellule staminali era un laboratorio dell'orecchio interno."

Koehler si è unito al laboratorio di Eri Hashino, un pioniere nel campo della biologia delle cellule staminali. Quando arrivò Koehler, gli scienziati di tutto il mondo stavano cercando di sviluppare metodi replicabili per utilizzare cellule staminali pluripotenti per creare qualsiasi tessuto desiderato da un ricercatore. Il gruppo di Hashino ha utilizzato cellule staminali per creare cellule nervose uditive, che vengono spesso danneggiate da insulti ambientali come rumori forti e non ricrescono. Koehler voleva prendere una strada diversa; voleva utilizzare le cellule staminali per modellare l'architettura dell'orecchio interno stesso per aiutare gli scienziati a vedere come le malattie dell'orecchio interrompono il flusso di informazioni dal suono all'orecchio al cervello.

Il cervello è un grande bersaglio; l'orecchio è un bersaglio. - Karl Koehler, Facoltà di Medicina di Harvard

"Il cervello è un grande bersaglio; l'orecchio è un bersaglio", ha detto Koehler, ora neurobiologo e ricercatore sensoriale presso la Harvard Medical School. Ma a differenza di un bersaglio per le freccette, l’orecchio interno non è piatto. È una struttura complessa, multistrato e tridimensionale. Il mancato apprezzamento della dimensionalità dell’orecchio ha portato ad anni di fallimenti da parte dei ricercatori sulle cellule staminali che tentavano di modellare l’orecchio in vitro o di coltivare cellule ciliate, che convertono la stimolazione meccanica in segnali nervosi. "Invece di far crescere le cellule staminali su un piatto piano, cosa molto diversa da come si sviluppano normalmente le cellule nell'embrione, se le togli dal piatto e le disponi in tre dimensioni, puoi dare loro i gradi di libertà che hanno bisogno di auto-organizzarsi", ha detto Koehler.