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Gli scienziati forniscono la chiara maschera della componente misteriosa dell'orecchio interno

Alcuni anni fa, Ian Swinburne, ricercatore di HMS nella biologia di sistemi, ha notato qualche cosa di dispari mentre intraprendeva gli studi al rallentatore di microscopia dell'orecchio interno degli zebrafish. Una struttura minuscola nell'orecchio interno stava pulsando come movimento a orologeria, stava gonfiando e deflazionando ripetutamente.

Mentre Swinburne ed il suo Consigliere postdottorale Sean Megason, professore associato di HMS di biologia di sistemi, hanno sondato più ulteriormente, hanno scoperto che la struttura era il sacco endolinfatico, di una casella ripiena di fluida connessa al resto dell'orecchio interno da una condotta lunga e sottile.

Ma nessuni potrebbero spiegare perché stavano pulsando.

“Gli scienziati hanno saputo circa l'esistenza del sacco endolinfatico per forse 300 anni, ma non era che cosa fa,„ Megason esattamente capito ha detto. “Manca anche spesso nei modelli o nei fumetti del manuale dell'orecchio interno. Non abbiamo precisato per studiarlo, ma siamo stato interessati una volta che vedessimo il suo comportamento notevole.„

Nel corso dei parecchi anni successivi, Swinburne e Megason hanno funzionato per capire meglio la funzione di questa struttura misteriosa. Per agire in tal modo, hanno dovuto visualizzarlo nell'atto. Collaborando con alcuni dei laboratori principali della microscopia del mondo, hanno radunato le visualizzazioni differenti del sacco endolinfatico finché una chiara maschera non emergesse.

In un 19 giugno pubblicato studio nel eLife, il gruppo ha riferito i risultati della loro ricerca: il sacco endolinfatico funge da valvola di sfiato ed è costituito da una barriera sottile delle proiezioni cellulari che si apre e si chiude per regolamentare la versione di liquido dall'interno dell'orecchio interno.

I loro risultati rivelano un meccanismo biologico unico per pressione e la composizione del fluido di mantenimento e possono informare lo studio ed il trattamento dei disordini che comprendono i difetti nella pressione dell'orecchio interno quale la malattia di Meniere, una circostanza tracciata da vertigine, perdita dell'udito e suonanti nelle orecchie. I risultati potrebbero anche aiutare i ricercatori a studiare il controllo della pressione in altri organi quali gli occhi ed i reni, che egualmente hanno di intercapedini ripiene di liquido.

“Ogni tanto, sentite parlare di una casa che si è distrutta da uno scaldabagno perché la sua valvola della versione di pressione era difettosa,„ Swinburne avete detto. “È importante avere questi sistemi di controllo della sicurezza nei nostri organi pure.„

Qualche cosa di strano

L'orecchio interno è l'organo sensoriale responsabile dell'udito e del bilanciamento ed è composto di parecchie strutture complesse. In mammiferi, il suono è individuato dalla coclea a forma di guscio della lumaca ed il movimento capo è individuato da tre cicli vuoti dell'osso chiamati i canali semicircolari.

Tutte le strutture dell'orecchio interno sono collegate e riempite di liquido specializzato, che si muove in risposta alle onde sonore o al movimento capo. Questi movimenti fluidi sottili sono individuati dalle celle sensoriali e sono convertiti in segnali neurali per il cervello in trattamento. Sia la pressione che la composizione chimica del liquido dell'orecchio interno devono essere mantenute con attenzione e determinati disordini quale la malattia di Ménière sono pensati per provenire dalle fluttuazioni anormali di pressione.

Gli scienziati lungamente hanno supposto che il sacco endolinfatico svolgesse un ruolo nella regolamentazione della pressione di questo liquido, ma l'orecchio interno mammifero è piccolo ed imballato dall'osso estremamente denso, che lo rende difficile accedere a e studiare.

Gli orecchi interni degli embrioni di zebrafish, che Swinburne e Megason studiano, sono molto più visibili. Quando il gruppo in primo luogo ha osservato il comportamento pulsante del sacco endolinfatico, hanno sospettato una connessione con controllo della pressione. La prova, tuttavia, era un'altra materia.

“Abbiamo avuti tutti questi film dove potreste vedere l'intera struttura pulsare e quando Ian ha iniettato la tintura nel sacco che potremmo vedere il liquido uscire,„ Megason ha detto. “Ma non era chiaro come quel liquido stava uscendo. È sembrato come qualche cosa di strano stava accendendo.„

Momento di Eureka

A quel tempo, Swinburne egualmente è stato impegnato in un progetto laterale che esamina gli studi precedentemente pubblicati di vari zebrafish con i geni mutati. Uno dei mutanti ha inciampato sopra, con un modulo anormale del fattore di trascrizione lmx1bb, ha avuto sacchi endolinfatici che erano ben più grandi del normale.

Attraverso l'iniezione della tintura sperimenta, hanno scoperto che nei mutanti di lmx1bb, il liquido dell'orecchio interno non stava entrando dal sacco endolinfatico come dovrebbe e l'accumulazione di liquido ha indotto la struttura a balloon. Il gruppo ha notato normalmente quello, un po'di liquido egualmente cola nuovamente dentro il sacco quando deflaziona. Nessuna tale dispersione si è presentata nei mutanti di lmx1bb, tuttavia, suggerendo che la struttura fosse in qualche modo chiusa.

Erano perplessi finché non connettessero con Jeff Lichtman, il Jeremy R. Knowles professore di biologia molecolare e cellulare ed il professore di Santiago Ramón y Cajal delle arti e delle scienze alla Harvard University. Il laboratorio di Lichtman specializza nella rappresentazione il cervello e fra i dati si sono raccolti sembrato essere micrografi elettronici ad alta definizione dell'orecchio interno.

Quando Swinburne e Megason hanno analizzato queste immagini, hanno osservato le proiezioni alettone alettone della membrana chiamate lamella che si estende dalle celle che compongono il sacco endolinfatico. Questi alettoni si sovrapponevano a vicenda, formando una barriera.

“I biologi gradiscono dire che la struttura determina la funzione. Quando abbiamo veduto per la prima volta la lamella, tutto il cliccato,„ Swinburne ha detto.

“Era un momento di Eureka,„ Megason ha aggiunto.

Sollievo finalmente

Le analisi del gruppo hanno rivelato che i sacchi endolinfatici normali contengono uno shell estremamente sottile di queste lamelle di sovrapposizione, che hanno definito “barriere lamellari.„ Nella maggior parte dei tessuti, le celle sono connesse strettamente e l'acqua non può passare fra loro. Nel sacco endolinfatico, tuttavia, le celle sono sembrato avere piccole lacune loro, che sono coperte dalle barriere lamellari.

Quando le configurazioni di pressione del fluido, il sacco gonfia e le barriere cominciano a separare. Una volta che certo punto è raggiunto, le barriere si aprono, permettendo che il liquido esca dal sacco ed allevii la pressione.

Per più a fondo studiare, i ricercatori hanno collaborato con il pioniere di microscopia e premio Nobel Eric Betzig del Howard Hughes Medical Institute e Tomas Kirchhausen, professore di HMS di biologia cellulare e un professore della pediatria all'ospedale pediatrico di Boston.

All'inizio di quest'anno, Betzig, Kirchhausen, Megason ed i colleghi hanno pubblicato un documento seminale che descrive una nuova tecnologia chiamata microscopia adattabile della lamiera sottile dell'indicatore luminoso della ottica-grata, che permette che i ricercatori catturino le immagini 3D ed i film degli organismi viventi interni delle cellule in dettaglio senza precedenti.

Il gruppo ha applicato questa tecnologia al sacco endolinfatico ed ha osservato che la barriera lamellare attivamente e dinamicamente movimenti come il sacco gonfia e deflaziona.

“Stanno strisciando costantemente. Assomiglia ad una cella che sta migrando, ma fa parte dell'epitelio. È biologia cellulare realmente strana,„ Swinburne ha detto.

I loro risultati implicano il sacco endolinfatico come valvola di sfiato per l'orecchio interno, ma molti misteri rimangono per lo studio futuro, come come le barriere lamellari connettono a vicenda, se sono aperte da pressione fisica o da una certa proteina dipercezione e se questo stesso meccanismo è presente in altri animali quali i mouse e gli esseri umani.

Il gruppo egualmente sospetta che questo meccanismo può essere presente in altri organi, quali l'occhio, il cervello ed i reni, che egualmente contengono delle le intercapedini ripiene di fluida pressurizzate. Di interesse particolare è il ruolo dei geni relativi a lmx1bb, che, una volta mutato in mouse, nel rene di causa e nei problemi dell'occhio.

Le mutazioni ai geni lmx1 in esseri umani sono state collegate al glaucoma, una circostanza dove il liquido si accumula nella parte anteriore dell'occhio. Una migliore comprensione delle barriere e dei meccanismi lamellari di limitazione della pressione potrebbe contribuire ad informare lo studio ed il trattamento di queste malattie, gli autori suggerisce.

“Questo studio era definitivamente un caso di vedere sta credendo,„ Megason ha detto. “Era molto importante avere microscopia di avanguardia su molte parti anteriori differenti. Ciascuna di queste tecniche differenti del microscopio ci ha dato un pezzo differente del puzzle ed una volta un, noi ottiene l'intera maschera.„