Восстановленные нервы сделали кохлеарные имплантаты почти идеальными

Эксперимент проводили на глухих морских свинках. Их "оглушили" с помощью специального лекарства, которое повредило клетки улитки уха

(фото UNSW).

Сверху показан восстановленный нерв, снизу ≈ нерв до введения гена BDNF

(фото UNSW).

Ухо морской свинки сразу после введения гена BDNF

(фото UNSW).

Команда биоинженеров из университета Нового Южного Уэльса в Сиднее, Австралия, работающая под руководством аспиранта Джереми Пиньона (Jeremy Pinyon), совместила технологии генной инженерии и бионики, чтобы восстановить слух подопытным морским свинкам. О своей методике восстановления нервов учёные рассказали в статье, опубликованной в журнале Science Translational Medicine.

Известно, что звук проходит от своего источника через уши прямо к мозгу, при этом путь волн лежит через цепочку биологических "переключателей", которые преобразуют колебания воздуха в нервные импульсы. Потеря слуха, как правило, происходит из-за того, что важнейшие связи ближе к концу этой цепочки (между клетками улитки уха и слуховым нервом) разрушаются.

Кохлеарные имплантаты предназначены для восстановления этого недостающего звена у людей с глубокой глухотой путём имплантации массива крошечных электродов, которые стимулируют слуховой нерв.

Проблема этой технологии заключается в том, что имплантаты позволяют слышать отдельные звуки в спокойной обстановке, но разобрать слова собеседника в шумном помещении уже не так просто. Вследствие длительной потери слуха концы слуховых нервных пучков часто изнашиваются и засыхают. Поэтому массив электродов, имплантированный в улитку, должен подавать мощный сигнал, чтобы попытаться установить соединение, а не стимулировать точечные нейроны, соответствующие определенным частотам. В результате последнего описанного процесса возникает эффект "звукового размытия", из-за которого острота слуха утрачивается.

Эксперимент проводили на глухих морских свинках. Их "оглушили" с помощью специального лекарства, которое повредило клетки улитки уха
(фото UNSW).

Чтобы попытаться восстановить слуховые нервные окончания и заставить кохлеарные имплантаты посылать четкие сигналы в мозг, исследователи обратились к генной терапии. Их метод основан на использовании электрических импульсов, отправляемых кохлеарными имплантатами в мозг, а не вирусов, часто используемых в генной инженерии для "перепрограммирования" клеток.

Пиньон и его коллеги доставили в клетки внутреннего уха глухих морских свинок ген BDNF, нейротрофический фактор мозга, кодирующий нейротрофин — белок, который стимулирует рост нервов. Для этого они внедрили в улитку раствор, содержащий ДНК. Затем они послали несколько 20-вольтных импульсов через массив электродов кохлеарного имплантата. В результате генетический материал вошёл в клетки через образовавшиеся поры, а сами клетки впоследствии начали производить нейротрофин. Слуховой нерв стал восстанавливаться.

Чтобы проследить за внедрением в клетки ДНК-заплаток, учёные также внедрили с их помощью гены зелёного флуоресцентного белка. Последующее свечение клеток показало биологам, что нужные гены вошли в состав клеток улитки морских свинок.

Исследователи позднее обнаружили, что подопытные животные смогли при помощи своих имплантатов различать звуки более чётко, чем животные из контрольной группы, которым ген BDNF не вводился. Тем не менее, Пиньон отмечает, что свинок не сравнивали с собратьями, обладающими нормальным слухом.

Коллеги австралийских биоинженеров, которые не принимали участия в данном исследовании, отмечают, что восприятие звуков является столь сложным и индивидуальным процессом, что кохлеарные имплантаты никогда не смогут подарить пациентам настоящий слух, как у здоровых людей. Но, по мнению учёных, сама технология доставки генов прямо в конкретные зоны улитки является большим скачком вперёд, и может быть использована в будущем в медицине. Клинические испытания на добровольцах могут начаться уже через два года.

"Идея использования гена BDNF существует довольно давно. Но эта работа впервые совмещает её с использованием кохлеарных имплантов", — комментирует открытие Джеффри Холт (Jeffrey Holt) из Гарвардской медицинской школы, который использовал вирусы для внедрения BDNF в кохлеарные клетки.

Сверху показан восстановленный нерв, снизу ≈ нерв до введения гена BDNF
(фото UNSW).

Как пишут авторы исследования в пресс-релизе, применять эту технологию на людях будет несложно. Пациенты смогут наслаждаться музыкой и даже прекрасно слышать собеседника в ресторане. Более того, методика Пиньона поможет дополнить новейшие гибридные электроакустические имплантаты, которые были разработаны специально для людей с частичной потерей слуха.

Кроме того, методика, использованная в данном исследовании для доставки нужных генов, может быть использована и в других областях медицины, где пациентам имплантируются бионические устройства с теми или иными электродами.

У данной технологии есть, впрочем, один существенный недостаток — недолговременность эффекта. Клетки перестали производить нейротрофин примерно через 6 недель, и восстановленные нервы начали умирать. Чтобы продлить действие, по словам исследователей, необходимо модифицировать ДНК-заплатки. Ещё одна потенциальная проблема заключается в том, что учёным неизвестно, как долго могут прожить клетки, получившие новую ДНК, а также в какой момент теряется их способность производить нейротрофин.

Генетики сообщают, что эти проблемы можно решить и ответить для себя на все вышеперечисленные вопросы. Только сделать это надо будет до начала клинических испытаний технологии.

Также по теме:
В Италии протестировали бионический протез для полноценного осязания
Временная слепота надолго обострила слух мышей
В мир звуков — с "электронным ухом"
Мозг слепых людей способен воспринимать свет
Биологи выяснили, что стимуляция зрения улучшает обоняние