Hearing Health & Technology Matters
Un estudio interdisciplinario dirigido por el profesor David Sprinzak, investigador de la Escuela de Neurobiología, Bioquímica y Biofísica de la Facultad de Ciencias de la Vida George S. Wise de la Universidad de Tel Aviv, mostró por primera vez que las fuerzas físicas están involucradas en el desarrollo de la oído interno en embriones de mamíferos.
"Identificamos un nuevo mecanismo de desarrollo impulsado por fuerzas mecánicas: la organización de las células ciliadas en el oído interno se asemeja a la forma en que los átomos se organizan en un cristal", dijo el profesor Sprinzak. "Este es un hallazgo revolucionario que cambia las percepciones fundamentales en el campo de la biología del desarrollo".
El estudio fue realizado por Roie Cohen y Liat Amir-Zilberstein del laboratorio del Prof. Sprinzak; Prof. Karen Avraham y Shahar Taiber de la Facultad de Medicina Sackler; y otros investigadores de la Facultad de Ciencias Exactas y de la Escuela de Neurociencia Sagol de la Universidad de Tel Aviv. Investigadores de Suiza y Japón también participaron en el estudio.
El artículo que describe el trabajo se publicó en la prestigiosa revista Nature Communications en octubre de 2020.
“El oído de los mamíferos tiene tres partes: el oído externo, el medio y el interno. Dentro del oído interno, hay una estructura en espiral, la cóclea, que contiene células sensoriales llamadas células ciliadas. La audición se produce cuando las ondas sonoras que entran en el oído interno hacen vibrar los pequeños pelos ubicados en las células ciliadas. Estas vibraciones luego se convierten en señales eléctricas que se transmiten al cerebro.
Las células ciliadas de la cóclea están dispuestas en un patrón muy organizado, donde las células ciliadas y un segundo tipo de células llamadas células de soporte forman un patrón alterno similar a un tablero de ajedrez. Esta organización es importante ya que diferentes regiones a lo largo de la cóclea responden a diferentes frecuencias de sonido. Un sistema celular tan notablemente organizado es bastante poco común en la naturaleza; de hecho, el oído interno es uno de los tejidos más organizados del cuerpo de los mamíferos. En este trabajo, investigamos el mecanismo que hace que las células ciliadas se organicen en tal patrón durante el desarrollo embrionario. Para ello, llevamos a cabo un estudio interdisciplinario que involucró dos enfoques innovadores: una nueva tecnología de imágenes y simulaciones computacionales del proceso ”.
–Profesor David Sprinzak
El descubrimiento podría conducir al desarrollo de nuevos tratamientos
Para rastrear el desarrollo de las células ciliadas en el embrión, los investigadores estudiaron embriones de ratón en diferentes etapas de desarrollo. Descubrieron que desde el principio, las células del tejido están desordenadas e indiferenciadas; es decir, aún no se ha determinado su tipo y posición. A medida que avanza el desarrollo, las células se diferencian en células ciliadas y células de soporte. Luego, gradualmente se reorganizan en el patrón organizado similar a un tablero de ajedrez.
“Hasta ahora, la mayoría de los investigadores en el campo se centraron en el proceso de diferenciación celular, que está controlado por la comunicación intercelular. Presumimos que esto no era suficiente para explicar el comportamiento observado, y decidimos examinar cómo las células se reorganizan para formar un patrón ordenado después de la diferenciación ”, dijo Sprinzak. Para hacerlo, los investigadores desarrollaron una nueva tecnología de imágenes que se basa en imágenes de lapso de tiempo tridimensionales del oído interno utilizando una configuración de microscopía especializada. Este enfoque permitió generar videos time-lapse del desarrollo del tejido y rastrear los procesos morfológicos que ocurren durante varios días.
Sprinzak continuó: “Esta es la primera vez que el proceso se observa de manera continua y en alta resolución. Observamos que las células ciliadas inicialmente desordenadas y las células de soporte se mueven activamente hasta que gradualmente se organizan en una matriz ordenada. Las células vecinas, conocidas como células de Hensen, se mueven en una dirección, ejerciendo fuerzas de corte sobre las células ciliadas, fuerzas que actúan en paralelo a la capa de células. Estas fuerzas aprietan las células ciliadas juntas, haciendo que se organicen en un patrón compacto y organizado ".
En la siguiente etapa, los investigadores utilizaron simulaciones por computadora para modelar el proceso de creación de patrones. El modelo mostró que dos fuerzas mecánicas principales actuaban sobre las células ciliadas durante el proceso de modelado: fuerzas de cizallamiento, que provocaban la compresión y el movimiento de las células ciliadas dentro del tejido, y las fuerzas de repulsión entre las células ciliadas, que impiden que las células ciliadas se contraigan demasiado cerca unas de las otras.
“Nos sorprendió descubrir que el proceso de modelado de las células ciliadas en la cóclea se parecía mucho a un proceso físico bien conocido: el modelado de átomos durante la formación de un cristal. Así como los átomos forman un cristal altamente ordenado cuando se ejercen fuerzas externas sobre ellos, las células ciliadas y las células de soporte se reorganizan en un patrón altamente ordenado en respuesta a las fuerzas mecánicas que actúan sobre ellas. Esta es una forma de pensar completamente nueva en el campo de la biología del desarrollo. La información obtenida de nuestro estudio arrojó luz sobre nuevas direcciones de investigación relevantes para muchos otros procesos de desarrollo en otros órganos ".
–Profesor David Sprinzak
El profesor Lawrence Lustig, profesor Howard Smith y presidente de otorrinolaringología en la Universidad de Columbia y el Hospital Presbiteriano de Nueva York que no participó en la investigación, agregó que los hallazgos del estudio también podrían tener importantes implicaciones médicas. “Todas las células ciliadas de nuestro oído interno se crean en una etapa embrionaria y no se regeneran durante la vida. La muerte de las células ciliadas del oído interno en cualquier etapa de la vida conduce a una pérdida auditiva permanente. En los últimos años, la comunidad científica ha realizado un gran esfuerzo para desarrollar enfoques terapéuticos para la pérdida auditiva basados en la regeneración de las células ciliadas, un proceso en el que la formación de nuevas células ciliadas se induce mediante terapia genética o pequeñas moléculas de señalización."
Escribir comentario