Учёные вырастили первую улитку внутренного уха вне организма — и раскрыли главный секрет слуха

Более пятидесяти лет Джеймс Хадспет (James Hudspeth) и его коллеги из Университета Рокфеллера (Rockefeller University) искали способ заглянуть в самую сердцевину слухового процесса. До сих пор улитку — миниатюрный спиральный орган внутреннего уха — невозможно было наблюдать «вживую»: она спрятана в самой плотной кости организма и слишком уязвима.

Теперь исследователи смогли поддерживать её работу вне тела, создав особую камеру, имитирующую естественную среду. В этой «искусственной матрице» ткань омывали растворы эндолимфы и перилимфы, сохраняли температуру и напряжение, как в живом ухе.

Результаты, опубликованные сразу в двух журналах — PNAS и Hearing Research — подтвердили: ключ к слуху млекопитающих работает по тому же биофизическому принципу, что и у лягушек или насекомых.

«Это выдающийся эксперимент, один из самых впечатляющих в биофизике за последние годы», — отметил биофизик Марсело Магнаско (Marcelo Magnasco), глава Лаборатории интегративной нейронауки в Рокфеллеровском университете.


Как работает улитка

Внутри человеческой улитки расположено около 16 тысяч чувствительных клеток с «пучками волосков» — стереоцилиями. Они реагируют на колебания звука и превращают их в электрические сигналы для мозга.

Давний спор касался так называемой бифуркации Хопфа — особой механической «неустойчивости» на грани покоя и колебаний. В таком состоянии даже слабейший звук способен «сдвинуть» систему и запустить усиление сигнала. Для лягушек этот механизм был доказан ещё в 1998 году самим Хадспетом. Но оставалось загадкой, работает ли он у млекопитающих.

Новая установка позволила это увидеть напрямую.


Эксперимент с «кусочком спирали»

Учёные взяли крошечный (0,5 мм) фрагмент улитки песчанок — грызунов, диапазон слуха которых близок к человеческому. К моменту изъятия органы уже достигли зрелости, но ещё не успели окончательно «срастись» с костной тканью.

Когда через миниатюрный динамик подали звуковые сигналы, исследователи наблюдали работу клеток в мельчайших деталях.

Они увидели, как открытие и закрытие ионных каналов в волосковых клетках «подпитывает» вибрации энергией, усиливая звук, а наружные волосковые клетки удлиняются и сокращаются за счёт электроактивности — процесс, известный как электромотильность.

И самое главное: подтверждён эффект Хопфа — та самая «точка бифуркации», превращающая механическую неустойчивость в мощный биологический усилитель.


Перспективы для лечения

По словам соавтора исследования Франческо Джаноли (Francesco Gianoli), теперь у науки есть реальный инструмент для тестирования будущих лекарств от сенсоневральной тугоухости.

«Мы сможем впервые вмешиваться в систему точечно — например, влиять на работу отдельных клеток или их взаимодействия», — добавил другой автор, Родриго Алонсо (Rodrigo Alonso).

Сегодня не существует одобренных препаратов, которые могли бы восстановить слух при повреждении волосковых клеток. Один из барьеров — неполное понимание активного процесса усиления звука. Новый метод даёт шанс восполнить этот пробел.


Итог

Открытие стало кульминацией многолетней работы Хадспета.

«Джим шёл к этому больше двадцати лет. Для него это настоящая вершина карьеры», — подчеркнул Магнаско.


Литература

  1. Rodrigo G. Alonso, Francesco Gianoli, Brian Fabella, A. J. Hudspeth. Amplification through local critical behavior in the mammalian cochlea. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2025; 122 (29) DOI: 10.1073/pnas.2503389122
Medical Insider