Żywy ślimak poza ciałem pokazuje, jak działa słuch

Krótko przed śmiercią w sierpniu 2025 roku A. James Hudspeth i jego zespół z Laboratory of Sensory Neuroscience w The Rockefeller University dokonali przełomu, o którym marzyli od dekad. Po raz pierwszy w historii udało im się utrzymać fragment ślimaka – narządu odpowiedzialnego za słuch – przy życiu i w pełni funkcjonalny poza ciałem. To osiągnięcie pozwoliło naukowcom obserwować na żywo mechanizmy, które sprawiają, że słyszymy szept, rozmowę i muzykę.

Francesco Gianoli, pierwszy autor badania i stypendysta w laboratorium Hudspetha, mówi wprost: “Możemy teraz obserwować pierwsze kroki procesu słyszenia w kontrolowany sposób, który wcześniej był niemożliwy”. Wyniki zespołu opisano w dwóch artykułach naukowych opublikowanych w czasopismach PNAS i Hearing Research. To efekt pięciu dekad pracy Hudspetha nad molekularnymi i neurologicznymi podstawami słuchu – badań, które otworzyły nowe drogi do zapobiegania i odwracania ubytków słuchu.

Dlaczego ślimak był tak trudny do zbadania

Ślimak to niewielki narząd ukryty w najgęstszej kości ludzkiego ciała – kości skroniowej. Ta lokalizacja chroni delikatne struktury odpowiedzialne za słuch, ale jednocześnie sprawia, że obserwowanie ich w działaniu graniczy z cudem. Naukowcy od lat próbowali zrozumieć, jak dokładnie działa ten organ, ale jego kruchość i niedostępność stawiały przed nimi ogromne przeszkody.

Problem jest o tyle istotny, że większość przypadków niedosłuchu wynika właśnie z uszkodzenia komórek rzęsatych wyścielających ślimaka. Człowiek ma ich około 16 000, a każda zwieńczona jest setkami mikroskopijnych “czułków” zwanych stereociliami. Wcześniejsi badacze porównywali je do włosków, stąd nazwa komórki rzęsate. Każdy taki pęczek działa jak precyzyjnie dostrojona maszyna, która wzmacnia drgania dźwiękowe i przekształca je w sygnały elektryczne, które mózg potrafi zinterpretować.

Jak naukowcy utrzymali ślimaka przy życiu

Zespół Hudspetha zdecydował się na pracę ze ślimakami myszoskoczków, których słuch mieści się w podobnym zakresie częstotliwości co u ludzi. Wycięli fragmenty tkanki nie większe niż pół milimetra z regionu odpowiedzialnego za średni zakres dźwięków. Moment pobrania dobrano precyzyjnie – w fazie rozwoju, gdy słuch myszoskoczka jest już dojrzały, ale ślimak nie zdążył jeszcze całkowicie zrosnąć się z gęstą kością skroniową.

Kluczem do sukcesu było specjalne urządzenie, które odtwarzało naturalne środowisko tkanki słuchowej. Fragment ślimaka umieszczono w komorze, która nieustannie dostarczała płynów odżywczych – endolimfy i perylimfy – oraz utrzymywała właściwą temperaturę i napięcie elektryczne. Nad konstrukcją tego urządzenia pracowali Brian Fabella, specjalista badawczy z laboratorium Hudspetha, oraz Nicholas Belenko, inżynier z Gruss Lipper Precision Instrumentation Technologies Resource Center przy Rockefeller University. Kiedy wszystko było gotowe, naukowcy włączyli miniaturowy głośnik i zaczęli obserwować, co się dzieje.

Co zobaczyli naukowcy obserwując żywy ślimak

Po raz pierwszy w historii badacze mogli śledzić w czasie rzeczywistym i na poziomie subkomórkowym, jak każdy element tkanki słuchowej reaguje na dźwięk. Widzieli, jak otwierają się i zamykają kanały jonowe w pęczkach rzęsek, dodając energię do wibracji wywołanych dźwiękiem i wzmacniając je. Obserwowali też, jak zewnętrzne komórki rzęsate wydłużają się i kurczą w odpowiedzi na zmiany napięcia – proces zwany elektromotorycą.

Gianoli podkreśla skalę tego osiągnięcia: “Mogliśmy zobaczyć w najdrobniejszych szczegółach, co robi każdy fragment tkanki na poziomie subkomórkowym”. Marcelo Magnasco, biofizyk kierujący Laboratory of Integrative Neuroscience w Rockefeller, który współpracował z Hudspethem przy niektórych jego przełomowych odkryciach, nie kryje zachwytu: “To arcydzieło. W dziedzinie biofizyki to jeden z najbardziej imponujących eksperymentów ostatnich pięciu lat”.

Magnasco zwraca też uwagę na coś innego: “Ten eksperyment wymagał niezwykle wysokiego poziomu precyzji i delikatności. W grę wchodzi zarówno mechaniczna kruchość, jak i elektrochemiczna wrażliwość tkanki”.

Odkrycie wspólnego mechanizmu słuchu w królestwie zwierząt

Najważniejsze odkrycie dotyczyło jednak czegoś fundamentalnego. Od lat wiadomo, że u owadów i zwierząt bezkręgowych – takich jak ropuchy studiowane w laboratorium Hudspetha – kluczem do słyszenia jest zjawisko biofizyczne zwane bifurkacją Hopfa. To rodzaj mechanicznej niestabilności, punkt krytyczny między całkowitym bezruchem a oscylacjami. Na tej granicy nawet najsłabszy dźwięk przechyla system w ruch, pozwalając mu wzmocnić słabe sygnały znacznie ponad to, co normalnie by zarejestrowało.

We współpracy z Magnasco Hudspeth udokumentował istnienie bifurkacji Hopfa w ślimaku ropuchy w 1998 roku. Od tamtej pory trwała debata, czy ten sam mechanizm działa u ssaków. Teraz zespół znalazł odpowiedź. Rodrigo Alonso, współautor badania i współpracownik laboratorium, podsumowuje: “To pokazuje, że mechanika słuchu u ssaków jest uderzająco podobna do tego, co obserwowano w całej biosferze”.

Co więcej, naukowcy zaobserwowali, że w przypadku ślimaka ropuchy niestabilność występuje w pęczkach komórek rzęsatych, które są zawsze gotowe wykryć nadchodzące fale dźwiękowe. Gdy te fale uderzają, komórki poruszają się, wzmacniając dźwięk w procesie zwanym procesem aktywnym.

Co to znaczy dla przyszłości leczenia niedosłuchu

Naukowcy są przekonani, że eksperymenty z użyciem ślimaka poza ciałem poprawią nasze rozumienie słuchu i wskażą lepsze terapie. Alonso wyjaśnia: “Na przykład będziemy teraz mogli zaburzać system farmakologicznie w bardzo ukierunkowany sposób, który nigdy wcześniej nie był możliwy – na przykład koncentrując się na konkretnych komórkach lub interakcjach między komórkami”.

Potrzeba nowych terapii jest ogromna. Gianoli mówi wprost: “Jak dotąd żaden lek nie został zatwierdzony do przywracania słuchu w przypadku niedosłuchu odbiorczego, a jednym z powodów jest to, że wciąż mamy niekompletne mechanistyczne zrozumienie aktywnego procesu słyszenia. Ale teraz mamy narzędzie, którego możemy użyć, by zrozumieć, jak system działa, jak i kiedy się psuje – i miejmy nadzieję, pomyśleć o sposobach interwencji, zanim będzie za późno”.

Magnasco dodaje, że Hudspeth był głęboko usatysfakcjonowany wynikami. “Jim pracował nad tym ponad 20 lat i to koronacyjne osiągnięcie niezwykłej kariery”.

Co to oznacza dla rodziców małych dzieci

To odkrycie ma potencjał zmienić przyszłość diagnostyki i leczenia problemów ze słuchem. Warto pamiętać, że prawidłowy rozwój słuchu u dzieci jest fundamentem rozwoju mowy – bez możliwości słyszenia dźwięków dziecko nie nauczy się ich naśladować i nie zbuduje swojego systemu językowego. Dlatego tak ważne są przesiewowe badania słuchu u noworodków, które pozwalają wykryć problemy na wczesnym etapie.

Bystrzak, geniusz, czempion – jak stymulować rozwój dziecka w pierwszym roku życia? CZ.4 Ćwiczenia słuchowe dla dzieci

Choć praktyczne zastosowania tego odkrycia pojawią się dopiero za jakiś czas, samo zrozumienie mechanizmów słuchu na tak fundamentalnym poziomie otwiera drzwi do przyszłych terapii. Być może kiedyś będziemy w stanie naprawić uszkodzone komórki rzęsate lub zapobiec ich degradacji – co miałoby ogromne znaczenie nie tylko dla dzieci z wrodzonym niedosłuchem, ale też dla wszystkich, którzy tracą słuch z wiekiem lub na skutek ekspozycji na hałas.

Na razie najlepszą strategią pozostaje dbałość o ochronę słuchu dziecka od najmłodszych lat – ograniczanie ekspozycji na głośne dźwięki, regularne kontrole i reagowanie na pierwsze sygnały, że coś może być nie tak. A badania takie jak to prowadzone przez Hudspetha i jego zespół dają nadzieję, że w przyszłości będziemy mieli do dyspozycji znacznie skuteczniejsze narzędzia.

Więcej informacji