Sintonizar con el oído interno

El profesor asistente Basile Tarchini, Ph. D., está trabajando para comprender los mecanismos básicos subyacentes al desarrollo de las células ciliadas, con el objetivo de restaurar la audición después de una lesión.

¿Escuchaste ese sonido? Si es así, puedes agradecerle a tu estereocilia.

Estas diminutas fibras forman haces sentados sobre las células ciliadas sensoriales en lo profundo del oído interno, y les dan su nombre. Los estereocilios son tan frágiles y escasos como vitales para tu capacidad auditiva.

Basile Tarchini, Ph. D.Investigar el desarrollo del oído interno, centrándose en el papel de la polarización del citoesqueleto en la función sensorial y la pérdida de audición, con el objetivo de informar terapias para la regeneración de las células sensoriales.Basile Tarchini estudia los estereocilios, que convierten el sonido en audición a través de complejas operaciones de señalización con el cerebro. El trabajo del profesor asistente del Laboratorio Jackson (JAX) ha revelado aspectos inesperados de cómo se desarrollan los estereocilios.

Los estereocilios normales del oído interno crecen en una formación de “escalera”, con una graduación de pelos cortos a altos en el haz, dispuestos como niños en una foto de clase. “Esta arquitectura en forma de escalera del haz de pelo es esencial para la audición y se considera instrumental para la sensibilidad direccional a los estímulos sonoros”, dice Tarchini.

Aquí, a grandes rasgos, es cómo escuchas. Las ondas sonoras entran en el oído externo y se mueven por el canal auditivo hasta que llegan al tímpano y lo hacen vibrar. Pequeños huesos del oído medio conectados al tímpano amplifican las ondas sonoras y las llevan a la parte auditiva del oído interno, o cóclea.

Con forma de concha de caracol y llena de líquido, la cóclea está dividida en una parte superior e inferior por una partición elástica llamada membrana basilar. En este entorno líquido, las ondas sonoras se convierten en ondas fluidas que viajan a lo largo de la membrana basilar. Las células ciliadas del oído interno en la membrana basilar literalmente montan estas ondas.

Los estereocilios en la parte superior de las células ciliadas se mecen y doblan en el flujo. “Hay pequeños vínculos entre los estereocilios”, dice Tarchini, ” que unen el más alto con el siguiente más alto y así sucesivamente. La tensión en esos enlaces hace que los canales similares a poros en las puntas de los estereocilios se abran, y los iones se precipitan hacia las células, creando una señal eléctrica.

” Toda esta estructura actúa como un sensor de movimiento.”

El nervio auditivo lleva la señal eléctrica al cerebro, que reconoce e interpreta el sonido. Sorprendentemente, las células ciliadas están dispuestas a lo largo de la membrana basilar como las teclas de un piano, de alto a bajo: Los que están cerca de la entrada de la cóclea son responsables de detectar sonidos agudos como el canto de los pájaros y los que están cerca del centro del “caracol” detectan sonidos de tono más bajo como truenos lejanos.

En una cóclea humana sana, casi 16.000 células ciliadas manejan esta elaborada coreografía de señalización de sonido, y solo 4.000 de ellas son verdaderos receptores de sonido. En comparación, la retina del ojo humano tiene alrededor de 127 millones de fotorreceptores — bastones y conos — para procesar señales visuales.

Las células ciliadas no solo son raras, sino que también son vulnerables al daño ambiental. El ruido fuerte y sostenido de trabajar en la construcción o en el ejército, o asistir a un concierto tributo a una banda de cabello de la década de 1980, puede matar las células ciliadas, y algunos antibióticos y medicamentos contra el cáncer también causan la destrucción de las células ciliadas.

Los seres humanos desarrollan sus células ciliadas muy temprano en la vida, comenzando aproximadamente 10 semanas después de la concepción. Y los humanos, como los ratones y otros mamíferos, nacen con todas las células ciliadas que obtendrán, así que una vez que se pierden, se van para siempre. Por otro lado, las aves, los peces y otros no mamíferos tienen la capacidad de recuperar la audición perdida a través de varios procesos regenerativos.

Trabajar con ratones, Comprender la fina arquitectura del trabajo auditivo de un equipo que incluye al profesor asistente de JAX Basile Tarchini, Ph. D., está arrojando luz sobre el mecanismo que dirige el ensamblaje del patrón de escalera del haz de cabello. Tarchini descubrió una vía de señalización que regula la organización distintiva de los estereocilios de corta a alta durante el desarrollo. Si esta vía de señalización se interrumpe, mostró, los estereocilios son más cortos y de altura más uniforme, y el animal es sordo. Comprender los mecanismos básicos subyacentes al desarrollo de las células ciliadas promete liberar el potencial de regeneración en adultos y restaurar la audición después de una lesión.

La organización de la escalera del haz de estereocilios también significa que cada célula ciliada muestra direccionalidad, como la aguja magnetizada de una brújula. Además, las células ciliadas vecinas orientan sus haces en concierto, de la misma manera que una colección de brújulas apuntaría al polo norte magnético. Trabajando con colegas de la Universidad Rockefeller, Tarchini demostró que el Daple de Proteínas coordina la dirección unicelular del oído interno y la de todo el órgano, el equipo de investigación de Rockefeller muestra que los ratones que carecen de Daple muestran defectos de desarrollo en las células ciliadas y los haces.se requiere una sola proteína, el Daple, para dar forma a la arquitectura del haz de estereocilios en células ciliadas individuales y establecer su orientación concertada en el órgano circundante. En ratones que carecen de Dapo, los haces de pelo están deformes y mal orientados en un patrón que indica defectos de una sola célula y de todo el órgano.

Tarchini nació en Suiza, y el francés es su primer idioma. Obtuvo su B.Sc. y Doctorado en biología en la Universidad de Ginebra. Allí, como estudiante de posgrado, trabajó en el laboratorio de Denis Duboule, un eminente profesor en el departamento de genética y evolución. Tarchini luego obtuvo una beca del Programa de Ciencias de la Frontera Humana, un prestigioso programa internacional de apoyo a la investigación, y completó su beca postdoctoral en el Institut de Recherches Cliniques de Montreal en Canadá. Allí trabajó con el Prof. Michel Cayouette, cuyo laboratorio estudia la determinación del destino celular en la retina.

El nuevo interés en el oído interno, junto con una tendencia de por vida a tomar el camino menos transitado, llevó a Tarchini a cambiar su camino de investigación.

“Me preocupaba que mi proyecto de retina no se moviera lo suficientemente rápido y no fuera lo suficientemente prometedor”, recuerda. “Tuve la idea de mirar en un órgano diferente, y había oído que el oído interno era un sistema increíble cuando se trataba de polaridad celular. Pero no sabía nada sobre el oído interno.”

Esto comenzó, dice Tarchini, como una “incursión muy arriesgada e ineficaz en el oído interno”, e involucró la enseñanza de técnicas por sí mismo porque nadie más en el laboratorio tenía el conocimiento para entrenarlo. “Así que perdí mucho tiempo, pero resultó ser una inversión en mi investigación futura. Tuve mucha suerte; Michel es una persona de mente particularmente abierta y sin manos, y me dio la libertad y el tiempo para explorar un sistema diferente.”

El paso a estudiar el oído interno permitió a Tarchini navegar con éxito la difícil situación de cualquier postdoctorado que comenzara su propio laboratorio después de trabajar en el laboratorio de un científico establecido. “Al final, este trabajo en el oído interno resultó ser realmente interesante, y pude dejar el laboratorio Cayouette y continuar la misma investigación de forma independiente sin problemas, sin tener que preocuparme de ninguna manera si estaba pisando los dedos de los pies de mi asesor anterior. Y eso fue fantástico.”

Los antiguos mentores de Tarchini continúan observando el progreso de Tarchini con interés y orgullo. “Basile es un científico fantástico”, dice Cayouette, ” y yo diría que su mayor activo es que es minucioso, meticuloso y riguroso tanto en la planificación experimental como en la ejecución. Basile también es obviamente muy inteligente y dedicado. Aprendió todo por sí mismo y terminó publicando hermosos artículos sobre la cóclea, ¡en un laboratorio de retina! Eso fue muy impresionante. No me cabe duda de que Basile seguirá haciendo importantes contribuciones y se convertirá en un líder en su campo.”

” En la página 60 de su tesis de doctorado, “Duboule relates”, Basile citó una cita de H. L. Mencken: “Para cada problema complejo hay una respuesta clara, simple e incorrecta.”Esto dice mucho sobre él y sus muy altos estándares científicos, y también sobre su ligero toque de nihilismo.”

Tarchini se unió a la facultad de JAX en 2015. Un año después obtuvo su primer financiamiento federal para investigación, una subvención de cinco años de 1 1.9 millones del Instituto Nacional de Sordera y Otros Trastornos de la Comunicación.

En persona, todo sobre Tarchini es preciso y medido, desde su oficina ordenada con vistas a la espectacular bahía Frenchman de Bar Harbor hasta su apariencia elegante (en contraste con la mayoría de los científicos de su edad, que prefieren el aspecto deportivo, desaliñado y perenne de estudiante graduado). Puede que lleve un exquisito suéter tejido por su esposa Dayana Krawchuk, la exuberante científica y gerente de redes sociales de JAX. Cuando están juntos, ella cuenta las anécdotas y él proporciona las líneas de golpe concisas.

Tarchini también es un músico de jazz consumado que una vez consideró tomar el camino del intérprete profesional en lugar del científico. Recientemente tocó el bajo en un concierto en la biblioteca Bar Harbor Town con el presidente y CEO de JAX, Edison Liu, al piano.

¿Un músico-científico que estudia la audición? En realidad, Tarchini dice con una risa, ” cuanto más viejo me hago, más me gusta la tranquilidad. No soporto la música de fondo, por ejemplo!”

Y de hecho, sus intereses de investigación, mientras permanecen en el oído interno, se están moviendo para incluir el sistema vestibular, que se encuentra justo al lado de la cóclea.

“El oído interno es básicamente dos sistemas en uno, auditivo y vestibular”, dice. “Es algo que damos por sentado, la capacidad de percibir dónde está nuestro cuerpo en el espacio, caminar erguido, sentir la gravedad. Pero es increíblemente importante que funcione correctamente: de lo contrario, no podría levantarse de la cama por la mañana.”

Tarchini ya ha demostrado que puede cambiar de forma audaz y exitosa su enfoque de investigación. Estén atentos a descubrimientos interesantes.