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Os cientistas fornecem a imagem clara do componente misterioso da orelha interna

Há alguns anos atrás, Ian Swinburne, research fellow do HMS na biologia de sistemas, observou algo impar ao conduzir um estudo da microscopia do tempo-lapso da orelha interna dos zebrafish. Uma estrutura minúscula na orelha interna estava pulsando como o maquinismo de relojoaria, estava inflando e estava desinflando repetidamente.

Enquanto Swinburne e seu conselheiro pos-doctoral Sean Megason, professor adjunto do HMS da biologia de sistemas, sondaram mais, descobriu que a estrutura era o saco endolinfático, um bolso fluido-enchido conectado ao resto da orelha interna por um canal longo, fino.

Mas nenhuns poderiam explicar porque estavam pulsando.

Os “cientistas souberam sobre a existência do saco endolinfático por talvez 300 anos, mas não era o que faz,” Megason exactamente compreendido disse. “Falta mesmo frequentemente nos modelos ou nos desenhos animados do livro de texto da orelha interna. Nós não expor para estudá-lo, mas nós tornamo-nos interessados uma vez que nós vimos seu comportamento impressionante.”

No curso dos próximos diversos anos, Swinburne e Megason trabalharam para compreender melhor a função desta estrutura misteriosa. Para fazer assim, tiveram que visualizá-la na acção. Colaborando com os alguns dos laboratórios principais da microscopia do mundo, reuniram vistas diferentes do saco endolinfático até que uma imagem clara emergiu.

Em um 19 de junho publicado estudo no eLife, a equipe relatou os resultados de sua investigação: o saco endolinfático actua como uma válvula do pressão-relevo e é formado por uma barreira fina de projecções celulares que abra e se feche para regular a liberação do líquido do interior da orelha interna.

Seus resultados revelam um mecanismo biológico original para a pressão fluida e a composição de manutenção e podem informar o estudo e o tratamento das desordens que envolvem defeitos na pressão da orelha interna tal como a doença de Meniere, uma circunstância marcada pela vertigem, perda da audição e soando nas orelhas. Os resultados poderiam igualmente ajudar pesquisadores a estudar o controle de pressão em outros órgãos tais como os olhos e os rins, que igualmente líquido-encheram cavidades.

“De vez em quando, você ouve-se sobre uma casa que está sendo destruída por um aquecedor de água porque sua válvula da liberação da pressão era defeituosa,” Swinburne disse. “É importante ter estes sistemas de controlo da segurança em nossos órgãos também.”

Algo estranho

A orelha interna é o órgão sensorial responsável para a audição e o balanço e é compor de diversas estruturas complexas. Nos mamíferos, o som é pela cóclea SHELL-dada forma caracol, e o movimento principal é detectado por três laços ocos do osso chamados os canais semicirculares.

Todas as estruturas da orelha interna são interconectadas e enchidas com o líquido especializado, que se move em resposta às ondas sadias ou ao movimento principal. Estes movimentos fluidos subtis são detectados por pilhas sensoriais e convertidos em sinais neurais para o cérebro ao processo. A pressão e a composição quimica do líquido da orelha interna devem com cuidado ser mantidas, e determinadas desordens tais como a doença de Ménière são pensadas para provir das flutuações anormais da pressão.

Os cientistas têm supor por muito tempo que o saco endolinfático joga um papel em regular a pressão deste líquido, mas a orelha interna mamífera é pequena e encerrada pelo osso extremamente denso, que faz difícil alcançar e estudar.

As orelhas internas dos embriões dos zebrafish, que Swinburne e Megason estudam, são muito mais visíveis. Quando a equipe observou primeiramente o comportamento de pulsação do saco endolinfático, suspeitou uma conexão com o controle de pressão. Prová-lo, contudo, era uma outra matéria.

“Nós tivemos todos estes filmes onde você poderia ver a estrutura inteira pulsar, e quando Ian injectou a tintura no saco que nós poderíamos ver o líquido fluir para fora,” Megason disse. “Mas não era claro como esse líquido estava saindo. Pareceu como algo estranho estava indo sobre.”

Momento de Eureka

Naquele tempo, Swinburne foi contratado igualmente em um projecto lateral que revê estudos previamente publicados de vários zebrafish com genes transformados. Um dos mutantes tropeçou em cima, com um formulário anormal do factor lmx1bb da transcrição, teve os sacos endolinfáticos que eram distante maiores do que o normal.

Através da injecção da tintura experimenta, descobriram que em mutantes de lmx1bb, o líquido da orelha interna não estava fluindo fora do saco endolinfático como deve, e o acúmulo do líquido fez com que a estrutura balloon. A equipe notou aquela normalmente, um pouco do líquido igualmente escapa de novo no saco quando desinfla. Nenhum tal escapamento ocorreu em mutantes de lmx1bb, contudo, sugerindo que a estrutura fosse de algum modo fechado.

Stumped até que conectaram com o Jeff Lichtman, Jeremy R. Knowles professor da biologia molecular e celular e professor de Santiago Ramón y Cajal das artes e das ciências na Universidade de Harvard. O laboratório de Lichtman especializa na imagem lactente o cérebro, e entre os dados recolheram acontecido ser micrografia de elétron de alta resolução da orelha interna.

Quando Swinburne e Megason analisaram estas imagens, observou aleta-como as projecções da membrana chamadas lamella que estende das pilhas que compo o saco endolinfático. Estas aletas sobrepor um com o otro, formando uma barreira.

Os “biólogos gostam de dizer que a estrutura determina a função. Quando nós vimos o lamella pela primeira vez, ele todo o clicado,” Swinburne disse.

“Era um momento de Eureka,” Megason adicionou.

Relevo enfim

As análises da equipe revelaram que os sacos endolinfáticos normais contêm um escudo extremamente fino destes lamellae de sobreposição, que denominaram “barreiras lamelosas.” Em a maioria de tecidos, as pilhas são conectadas firmemente e a água não pode passar entre eles. No saco endolinfático, contudo, as pilhas pareceram ter diferenças pequenas entre elas, que são cobertas por barreiras lamelosas.

Quando as construções da pressão fluida, o saco inflam e as barreiras começam a separar. Uma vez que algum ponto é alcançado, as barreiras abrem, permitindo que o líquido flua fora do saco e alivie a pressão.

Para investigar mais, os pesquisadores teamed acima com pioneiro da microscopia e Prémio Nobel Eric Betzig do Howard Hughes Medical Institute e Tomas Kirchhausen, professor do HMS da biologia celular e um professor da pediatria no hospital de crianças de Boston.

No começo desse ano, Betzig, Kirchhausen, Megason e os colegas publicaram um papel seminal que descreve uma nova tecnologia chamada a microscopia adaptável da folha da luz da sistema-estrutura, que permite que os pesquisadores capturem as imagens 3D e os filmes de organismos vivos internos das pilhas em detalhe inaudito.

A equipe aplicou esta tecnologia ao saco endolinfático, e observou que a barreira lamelosa activamente e dinâmicamente movimentos como o saco infla e desinfla.

“Estão rastejando constantemente. Olha como uma pilha que esteja migrando, mas são peça do epitélio. É biologia celular realmente estranha,” Swinburne disse.

Seus resultados implicam o saco endolinfático como uma válvula do pressão-relevo para a orelha interna, mas muitos mistérios permanecem para o estudo futuro, tal como como as barreiras lamelosas conectam um com o otro, se estão abertas pela pressão física ou por alguma proteína dedetecção e se este mesmo mecanismo esta presente em outros animais tais como ratos e seres humanos.

A equipe igualmente suspeita que este mecanismo pode esta presente em outros órgãos, tais como o olho, o cérebro e os rins, que igualmente contêm cavidades fluido-enchidas pressurizadas. Do interesse particular é o papel dos genes relativos a lmx1bb, que, quando transformado nos ratos, no rim da causa e nos problemas do olho.

As mutações aos genes lmx1 nos seres humanos foram ligadas à glaucoma, uma circunstância onde o líquido se acumula na parte dianteira do olho. Uma compreensão melhor de barreiras e de mecanismos lamelosos do relevo de pressão poderia ajudar a informar o estudo e o tratamento destas doenças, os autores sugere.

“Este estudo era definida um exemplo de considerar está acreditando,” Megason disse. “Era muito importante ter a microscopia pioneiro em muitas partes dianteiras diferentes. Cada um destas técnicas diferentes do microscópio deu-nos uma parte diferente do enigma e quando unida, nós obtem a imagem inteira.”