Para peneliti telah menangkap mekanisme pendengaran langsung untuk pertama kalinya dengan mempertahankan sepotong jaringan koklea di luar tubuh.
Sesaat sebelum kematiannya pada Agustus 2025, A. James Hudsteth dan rekan -rekannya di Laboratorium Neuroscience Sensory of Rockefeller University mencapai tonggak sejarah yang belum pernah dicapai sebelumnya. Mereka berhasil menjaga bagian kecil koklea tetap hidup dan bekerja di luar tubuh, sehingga memungkinkan untuk mempelajari fungsi organ secara langsung untuk pertama kalinya. Menggunakan perangkat yang dirancang khusus, tim dapat melacak kemampuan luar biasa koklea secara real time, termasuk sensitivitas yang disesuaikan, deteksi frekuensi yang tepat, dan kapasitas untuk memproses berbagai tingkat suara.
“Kita sekarang dapat mengamati langkah -langkah pertama dari proses pendengaran dengan cara yang terkontrol yang sebelumnya tidak mungkin,” kata penulis pertama Francesco Gianoli, seorang kolega postdoctoral di Hudsteth Lab.
Pencapaian, dirinci dalam dua publikasi terbaru (di dalam PNA Dan Penelitian pendengaranmasing -masing), mewakili puncak lima puluh tahun penelitian perintis Hudsteth ke dalam dasar pendengaran seluler dan saraf. Karyanya terus menunjukkan kemungkinan baru untuk mencegah dan mengobati gangguan pendengaran.
Di luar aplikasi langsung, kemajuan juga memberikan konfirmasi eksperimental yang telah lama dicari dari prinsip -prinsip biofisik dasar yang mendasari pendengaran dalam berbagai beragam jenisKonsep yang telah dikejar oleh Hudsteth selama lebih dari dua puluh lima tahun.
“Studi ini adalah sebuah mahakarya,” kata pakar biofisik Marcelo Magnasco, kepala laboratorium neurologis integratif di Rockefeller, yang berkolaborasi dengan Hudsteth dalam beberapa temuan semen. “Di bidang biofisika, ini adalah salah satu eksperimen paling mengesankan dari lima tahun terakhir.”
Mekanisme pendengaran
Meskipun koklea adalah keajaiban teknik evolusi, beberapa mekanisme mendasar telah lama disembunyikan. Organ kerapuhan dan tidak dapat diakses – ditembak seperti pada tulang terpadat di dalam tubuh – telah menyulitkan untuk belajar dalam aksi.
Tantangan -tantangan ini telah lama membuat para peneliti pendengaran frustrasi, karena sebagian besar gangguan pendengaran akibat kerusakan pada reseptor sensorik yang disebut sel rambut yang melapisi koklea. Organ ini memiliki sekitar 16.000 sel rambut, yang dipanggil karena masing -masing dari mereka ditanggapi oleh beberapa ratus “perasa”, atau stereocilia, yang disamakan oleh rambut mikroskopis awal. Setiap bundel adalah mesin yang ditetapkan yang memperkuat dan mengubah getaran suara menjadi respons listrik yang kemudian dapat ditafsirkan oleh otak.
Telah didokumentasikan dengan baik bahwa pada serangga dan hewan non-vertebrata-seperti bullfrog yang dipelajari di Laboratorium Hudspeth-fenomena biofisik yang dikenal sebagai Bifurkasi Hopf adalah kunci untuk proses pendengaran. Bifurkasi Hopf menggambarkan semacam ketidakstabilan mekanis, titik kritis antara keheningan dan osilasi lengkap. Di tepi-tepi ini, bahkan suara yang paling kabur membuat sistem menjadi gerakan, memungkinkannya untuk memperkuat sinyal lemah jauh melampaui apa yang harus didaftarkan.
Dalam kasus Bullfrog Cochlea, ketidakstabilan tersebut berada dalam bundel sel rambut sensorik, yang selalu sangat baik untuk mendeteksi gelombang suara yang masuk. Ketika gelombang menghantam, sel -sel rambut bergerak, memperkuat suara dalam apa yang disebut proses aktif.
Bekerja sama dengan Magnasco, Hudsteth mendokumentasikan keberadaan bifurkasi Hopf di Bullfrog Coclale pada tahun 1998. adalah bahwa di koklea mamalia telah menjadi subjek perdebatan di lapangan sejak saat itu.
Untuk menjawab pertanyaan itu, tim Hudsteth memutuskan bahwa mereka perlu mengamati proses aktif dalam koklea mamalia secara real time dan pada tingkat yang lebih rinci dari sebelumnya.
Sepotong spiral
Untuk melakukan ini, para peneliti beralih ke gerbil kkera, yang pendengarannya jatuh dalam kisaran yang sama dengan manusia. Mereka mengeksekusi Sliver tidak lebih besar dari 0,5 mm dari organ sensorik, di wilayah Cochlea yang mengambil rentang frekuensi menengah. Mereka menetapkan waktu eksisi mereka ke saat pengembangan di mana pendengaran gerbil sudah matang tetapi koklea tidak sepenuhnya terintegrasi dengan tulang temporal yang sangat padat.
Mereka menempatkan sepotong jaringan di ruang yang dirancang untuk mereproduksi lingkungan jaringan sensorik, termasuk terus memandikannya dalam cairan nutrisi yang disebut endolimf dan perilymph dan mempertahankan suhu dan tegangan asli. Kunci pengembangan perangkat khusus ini adalah Brian Fabella, seorang spesialis penelitian di Hudsteth Lab, dan insinyur instrumentasi Nicholas Belenko, dari Pusat Teknologi Instrumentasi Gruss Lipper Lipper Rockefeller.
Mereka kemudian mulai memainkan suara melalui speaker kecil dan mengamati responsnya.
Temukan prinsip biofisik
Di antara proses yang mereka saksikan adalah bagaimana pembukaan dan penutupan saluran ion di bundel rambut menambah energi getaran yang didorong oleh suara, memperkuatnya, dan bagaimana sel -sel rambut luar memanjang dan berkontraksi sebagai respons terhadap perubahan tegangan melalui proses yang disebut elektromotilitas.
“Kita bisa melihat dengan baik apa yang dilakukan setiap bagian jaringan di tingkat subselular,” kata Gianoli.
“Eksperimen ini membutuhkan tingkat presisi dan kelezatan yang luar biasa tinggi,” kata Magnasco. “Ada kerapuhan mekanis dan kerentanan elektrokimia yang dipertaruhkan.”
Yang penting adalah, mereka mengamati bahwa kunci proses aktif adalah Bifurkasi Hopf – titik kritis yang mengubah ketidakstabilan mekanis menjadi amplifikasi suara. “Ini menunjukkan bahwa mekanisme pendengaran dalam mamalia sangat mirip dengan apa yang telah terlihat di seluruh biosfer,” kata penulis pertama Rodrigo Alonso, seorang mitra peneliti di laboratorium.
Perangkat yang dapat menyebabkan pemeliharaan di masa depan
Para ilmuwan mengantisipasi bahwa eksperimen yang menggunakan koklea ex vivo akan meningkatkan pemahaman mereka tentang pendengaran dan berpotensi menyebabkan terapi yang lebih efektif.
“Misalnya, kita sekarang akan dapat secara farmakologis mengganggu sistem dengan cara yang sangat ditargetkan yang belum pernah dimungkinkan sebelumnya, seperti dengan berfokus pada sel atau interaksi sel tertentu,” kata Alonso.
Ada kebutuhan besar di lapangan untuk terapi potensial baru. “Sejauh ini, tidak ada obat yang disetujui untuk mengembalikan pendengaran karena kehilangan sensorineural, dan salah satu alasan untuk itu adalah bahwa kami masih memiliki pemahaman mekanistik yang tidak lengkap tentang proses pendengaran aktif,” kata Gianoli. “Tapi sekarang kita memiliki alat yang dapat kita gunakan untuk memahami bagaimana sistem bekerja, dan bagaimana dan kapan itu rusak -dan dengan mudah -mengumumkan cara -cara untuk campur tangan sebelum terlambat.”
Hudsteth menemukan hasilnya sangat memuaskan, Magnasco menambahkan. “Jim telah mengerjakan ini selama lebih dari 20 tahun, dan ini adalah pencapaian puncak untuk karier yang luar biasa.”
Referensi:
“Amplifikasi Melalui Perilaku Kritis Lokal di Mamalia Cokera” oleh Rodrigo G. Alonso, Francesco Gianoli, Brian Fabella dan Aj Hudsteth, 14 Juli 2025, Prosiding Akademi Sains Nasional.
Doi: 10.1073/pnas.2503389122
“Menuju persiapan ex vivo untuk studi tentang proses aktif cooclea pada mamalia” oleh Francesco Gianoli, Rodrigo Alonso, Brian Fabella dan AJ Hudspeth, 24 April 2025, Penelitian pendengaran.
Doi: 10.1016 / j.heares.2025.109288
Jangan pernah melewatkan terobosan: Bergabunglah dengan Buletin ScitechDaily.
NewsRoom.id
