Учёные впервые сохранили живой фрагмент улитки уха вне тела

Специально разработанная камера, имитирующая естественную среду улитки. Фото: Крис Таггарт/Рокфеллеровский университет

Незадолго до своей кончины в августе 2025 года А. Джеймс Хадспет и его команда из Лаборатории сенсорной нейробиологии Рокфеллеровского университета совершили прорыв в науке: им впервые удалось сохранить крошечный фрагмент улитки уха живым и функциональным вне организма. Новое устройство позволило зафиксировать биомеханику исключительных слуховых способностей улитки, включая высокую чувствительность, точную частотную настройку и способность кодировать широкий диапазон интенсивности звуков.

«Теперь мы можем наблюдать первые шаги процесса слуха контролируемым способом, который ранее был невозможен», — говорит соавтор Франческо Джаноли, научный сотрудник лаборатории Хадспета.

Инновация, описанная в двух недавних статьях, стала результатом пяти десятилетий работы Хадспета по изучению молекулярных и нейронных механизмов слуха. Эти открытия прокладывают новые пути для предотвращения или обращения вспять потери слуха.

Исследователи также получили прямое доказательство универсального биологического принципа, управляющего слухом во всём животном мире.

«Это исследование — шедевр», — отмечает биофизик Марсело Магнаско, сотрудничавший с Хадспетом. — «В области биофизики это один из самых впечатляющих экспериментов последних пяти лет».

Механика слуха

Хотя улитка является чудом эволюционной инженерии, её фундаментальные механизмы долгое время оставались загадкой. Хрупкость органа и его труднодоступность — он заключён в самой плотной кости тела — затрудняли изучение в действии.

Эти проблемы давно frustровали исследователей, поскольку большинство случаев потери слуха связано с повреждением сенсорных рецепторов — волосковых клеток, выстилающих улитку. В органе около 16 000 таких клеток, каждая из которых увенчана сотнями тонких «осязателей» — стереоцилий.

У насекомых и некоторых животных ключевым для слуха является явление, известное как бифуркация Хопфа — механическая нестабильность, точка перехода между полной неподвижностью и колебаниями. В этой точке даже самый слабый звук приводит систему в движение, усиливая сигнал.

Хадспет и Магнаско задокументировали существование бифуркации Хопфа в улитке бычьей лягушки в 1998 году. С тех пор в научном сообществе велись дебаты о том, существует ли она в улитке млекопитающих.

Крошечный спиральный фрагмент

Чтобы ответить на этот вопрос, команда Хадспета использовала улитки монгольских песчанок, чей слуховой диапазон схож с человеческим. Исследователи извлекли фрагменты размером не более 0,5 мм из области, отвечающей за средний диапазон частот.

Ткань поместили в специальную камеру, воспроизводящую естественную среду: непрерывное омывание питательными жидкостями, поддержание родной температуры и напряжения. Затем через крошечный динамик начали воспроизводить звуки и наблюдать за реакцией.

Открытие биологического принципа

Учёные наблюдали, как открытие и закрытие ионных каналов в волосковых клетках добавляет энергию звуковым вибрациям, усиливая их. Ключевым элементом активного процесса оказалась именно бифуркация Хопфа.

«Это показывает, что механика слуха у млекопитающих remarkably схожа с тем, что наблюдается во всей биосфере», — говорит соавтор Родриго Алонсо.

Устройство для будущих методов лечения

Учёные надеются, что эксперименты с экc vivo улиткой улучшат понимание слуха и укажут путь к более эффективной терапии.

«Например, теперь мы сможем фармакологически воздействовать на систему целенаправленно, как никогда раньше», — объясняет Алонсо.

«До сих пор не одобрено ни одного препарата для восстановления слуха при сенсоневральной потере, и одна из причин — неполное понимание механизмов активного процесса слуха», — добавляет Джаноли. — «Но теперь у нас есть инструмент, который можно использовать, чтобы понять, как система работает, когда и как ломается — и, надеюсь, найти способы вмешаться до того, как будет слишком поздно».

Магнаско отмечает, что Хадспет был глубоко удовлетворён результатами: «Джим работал над этим более 20 лет, и это венец замечательной карьеры».