Nowo powstałe komórki włosowe ślimaka zawierają skomplikowane wiązki włosów z wieloma stereokiliami (krytycznymi dla wyczuwania dźwięku) i innymi elementami, które są krytyczne dla prawidłowego funkcjonowania i transmisji neuronalnej. Credit: Will McLean
Podejście do regeneracji komórek włosowatych czuciowych ucha wewnętrznego podobno kładzie podwaliny pod leczenie przewlekłej utraty słuchu spowodowanej hałasem przez firmę, Frequency Therapeutics, Woburn, Mass, i jej współzałożycieli, którzy czerpią z badań Brigham and Women’s Hospital (BWH), Harvard Medical School, Mass Eye and Ear Infirmary i Massachusetts Institute of Technology (MIT). W wydaniu Cell Reports z 21 lutego 2017 r. naukowcy opisują technikę hodowli dużych ilości komórek progenitorowych ucha wewnętrznego, które przekształcają się w komórki włosa. Mówi się, że te same techniki wykazują zdolność do regeneracji komórek włosowych w ślimaku.
Utrata słuchu dotyka 360 milionów ludzi na całym świecie według Światowej Organizacji Zdrowia (WHO). Komórki włoskowate w uchu wewnętrznym są odpowiedzialne za wykrywanie dźwięku i przekazywanie sygnałów do mózgu. Głośne dźwięki i toksyczne leki mogą prowadzić do śmierci komórek włoskowatych, które nie regenerują się. Ludzie rodzą się z zaledwie 15 000 czuciowych komórek włoskowatych w każdym ślimaku, które są podatne na uszkodzenia w wyniku ekspozycji na głośne dźwięki i leki – co prowadzi do śmierci komórek i utraty słuchu w czasie.
Zgodnie z komunikatem prasowym firmy Frequency Therapeutics, nie udało się uzyskać wystarczającej liczby komórek włoskowatych ślimaka u ssaków, aby ułatwić rozwój metod terapeutycznych dla utraty słuchu. Nowe badania opierały się na wcześniejszych pracach nad kontrolą wzrostu jelitowych komórek macierzystych wykazujących ekspresję białka Lgr5 i ukierunkowane były na inną populację komórek Lgr5, które, jak odkryto, są źródłem komórek włoskowatych czuciowych w ślimaku podczas rozwoju (podzbiór komórek podporowych lub progenitorów). Zespół z powodzeniem zidentyfikował protokół małych molekuł, który pozwala na efektywną hodowlę komórek progenitorowych ślimaka w duże kolonie o wysokiej zdolności do różnicowania się w prawdziwe komórki włoskowate.
Jeff Karp, PhD
„Zdolność do regeneracji komórek rzęsatych w uchu wewnętrznym istnieje już w naturze,” powiedział Jeff Karp, PhD, z BWH i Harvard Medical School w komunikacie prasowym. „Ptaki i płazy są w stanie regenerować te komórki przez całe życie, co stanowiło podstawę naszej inspiracji do znalezienia podobnych ścieżek u ssaków. Wraz z naszymi współpracownikami z Mass Eye and Ear Infirmary, byliśmy w stanie zbadać metodę małych molekuł, którą opracowaliśmy w MIT i BWH, w celu rozszerzenia komórek progenitorowych ze ślimaka myszy. Wierzymy, że ta technika stanowi duży postęp w badaniach nad ubytkiem słuchu i umożliwi nowe badania fizjologiczne, jak również badania genetyczne z wykorzystaniem leków, siRNA lub nadekspresji genów.”
Zespół badawczy skupił się najpierw na optymalizacji ekspansji komórek progenitorowych ślimaka wykazujących ekspresję Lgr5. Dzięki kombinacji inhibitora GSK3 aktywującego szlak sygnałowy Wnt i inhibitora deacetylazy histonowej (HDAC) aktywującego transkrypcję genów, zespół badawczy osiągnął ponad 2000-krotną ekspansję komórek podporowych ślimaka w porównaniu z poprzednimi metodami. Protokół ten został zastosowany z powodzeniem i konsekwentnie do generowania kolonii komórek noworodków i dorosłych myszy, jak również komórek progenitorowych naczelnych i ludzkich. Co więcej, według badaczy, zespół osiągnął 60-krotne zwiększenie produkcji komórek włosowych z komórek progenitorowych w porównaniu z dotychczasowymi metodami.
Generacja nowych komórek włosowych została osiągnięta nawet w tkance ślimaka, która została pozbawiona komórek włosowych w wyniku ekspozycji na ototoksyczny antybiotyk. Co ważne, komórki włoskowate wytworzone w ramach tych protokołów wykazywały te same cechy fizyczne, ekspresję genów i funkcjonalność, co typowe komórki włoskowate ślimaka, mówi firma Frequency Therapeutics.
„Praca ta otworzyła cały obszar tego, co nazywamy Aktywacją Komórek Progenitorowych (PCA), która naszym zdaniem ma wiele zastosowań regeneracyjnych poza ubytkiem słuchu, począwszy od chorób związanych ze skórą i dolegliwościami oczu, aż po choroby układu pokarmowego i cukrzycę” – powiedział dr Will McLean, współzałożyciel i wiceprezes ds. biologii i medycyny regeneracyjnej w Frequency Therapeutics oraz główny autor pracy. „Co więcej, podejście to tworzy platformę z potencjałem do badania dużych populacji wcześniej trudno dostępnych typów komórek progenitorowych. Odkrywanie leków dla ucha wewnętrznego było ograniczone przez niemożność pozyskania wystarczającej ilości pierwotnych komórek do badania celów lekowych. To podejście otwiera tę możliwość dla badań nad słuchem i wielu innych dziedzin.”
„Wykorzystując Progenitor Cell Activation do odbudowy zdrowej tkanki w uchu wewnętrznym, wykorzystujemy wrodzoną zdolność organizmu do samoleczenia”, powiedział David Lucchino, współzałożyciel, prezes i dyrektor generalny Frequency Therapeutics. „Opracowana przez Frequency terapia modyfikująca przebieg choroby, która może być podawana za pomocą prostego zastrzyku, może mieć ogromny wpływ na przewlekły ubytek słuchu spowodowany hałasem, co jest naszym głównym wskazaniem. W ciągu najbliższych 18 miesięcy zamierzamy szybko wprowadzić ten program do badań klinicznych z udziałem ludzi” – dodał dr Chris Loose, współzałożyciel i dyrektor generalny firmy.
Frequency Therapeutics została założona w celu przełożenia tego, co firma określa jako przełomową pracę nad aktywacją komórek progenitorowych (PCA), wykonaną przez jej naukowych założycieli, Roberta Langera, ScD, i Jeffa Karpa, PhD, na nowe metody leczenia, w których kontrolowana regeneracja tkanek za pomocą lokalnie dostarczanych leków może mieć głęboki potencjał terapeutyczny. Firma posiada licencję na patenty założycielskie od MIT i Partners Healthcare.
Hearing Review opublikował kilka artykułów na temat pracy z udziałem Lrg5, w tym pracy z udziałem współautora tego badania, dr Alberta Edge’a, oraz powiązanej pracy na temat blokowania szlaku notch.
Oryginalna praca: McLean WJ, Yin X, Lu X, Lenz DR, McLean D, Langer R, Karp JM, Edge ASB. Clonal expansion of Lgr5-positive cells from mammalian cochlea and high-purity generation of sensory hair cells. Cell Reports. 2017;18(8):1917–1929.