Dostrajanie się do ucha wewnętrznego

adiunkt Basile Tarchini, Ph.D., pracuje nad zrozumieniem podstawowych mechanizmów leżących u podstaw rozwoju komórek włosowych, w celu przywrócenia słuchu po urazie.

słyszałeś ten dźwięk? Jeśli tak, możesz podziękować swojej stereocilii.

te maleńkie włókna tworzą wiązki siedzące na komórkach czuciowych włosów głęboko w uchu wewnętrznym i nadają im swoją nazwę. Stereocilia są tak kruche i rzadkie, jak ważne dla zdolności słyszenia.

Basile Tarchini, Ph. D.Badając rozwój ucha wewnętrznego, koncentrując się na roli polaryzacji cytoszkieletu w funkcji sensorycznej i utracie słuchu, mając na celu informowanie o terapiach regeneracji komórek sensorycznych.Basile Tarchini bada stereocilia, które przekształcają dźwięk w słuch poprzez złożone operacje sygnałowe z mózgiem. Praca asystenta Jacksona (Jaxa) ujawniła nieoczekiwane aspekty rozwoju stereocilii.

normalne stereocylia ucha wewnętrznego rosną w formacji “schodkowej”, z krótkim lub wysokim stopniowaniem włosów w wiązce, ułożonych jak dzieci na zdjęciu klasowym. “Ta przypominająca schody Architektura Wiązki Włosów jest niezbędna dla słuchu i uważana za instrumentalną dla wrażliwości kierunku na bodźce dźwiękowe”, mówi Tarchini.

tutaj, w szerokim skrócie, słyszysz. Fale dźwiękowe przedostają się do ucha zewnętrznego i wirują w dół kanału słuchowego, aż dotrą do błony bębenkowej i wywołają wibracje. Małe kości ucha środkowego połączone z błoną bębenkową wzmacniają fale dźwiękowe i dostarczają je do słuchowej części ucha wewnętrznego lub ślimaka.

ślimak w kształcie muszli ślimaka i wypełniony płynem dzieli się na górną i dolną część elastyczną przegrodą zwaną błoną bazylejską. W tym płynnym środowisku fale dźwiękowe stają się falami płynnymi, które podróżują wzdłuż błony podstawnej. Komórki włosowe ucha wewnętrznego na błonie podstawnej dosłownie poruszają się po tych falach.

stereocylia w górnej części komórek włosowych kołysze się i wygina w przepływie. “Między stereocilią istnieją małe powiązania”, mówi Tarchini, ” łącząc najwyższy z następnym Najwyższym i tak dalej. Napięcie na tych ogniwach powoduje, że kanały podobne do porów na końcach stereocilii otwierają się, a jony przedostają się do komórek, tworząc sygnał elektryczny.

” cała ta konstrukcja działa jak czujnik ruchu.”

nerw słuchowy przenosi sygnał elektryczny do mózgu, który rozpoznaje i interpretuje dźwięk. O dziwo, komórki włosowe są ułożone wzdłuż błony podstawnej, jak klawisze fortepianu, od wysokich do niskich: Osoby znajdujące się w pobliżu wejścia do ślimaka są odpowiedzialne za wykrywanie wysokich dźwięków przypominających śpiew ptaków, a osoby znajdujące się w pobliżu środka “ślimaka” wyczuwają Niskie dźwięki przypominające odległe grzmoty.

w zdrowym ludzkim ślimaku tylko około 16 000 komórek włosowych obsługuje tę skomplikowaną choreografię sygnalizacji dźwiękowej, a tylko 4 000 z nich to prawdziwe receptory dźwięku. Dla porównania, siatkówka ludzkiego oka ma około 127 milionów fotoreceptorów-prętów i stożków-do przetwarzania sygnałów wzrokowych.

nie tylko komórki włosowe są rzadkie, ale są również podatne na uszkodzenia środowiska. Długotrwały głośny hałas z pracy w budownictwie lub wojsku, lub udział w koncercie hołdowym hair band z lat 80., może zabić komórki włosowe, a niektóre antybiotyki i leki przeciwnowotworowe również powodują zniszczenie komórek włosowych.

ludzie rozwijają swoje komórki włosowe bardzo wcześnie w życiu-od około 10 tygodni po zapłodnieniu. Ludzie, podobnie jak myszy i inne ssaki, rodzą się ze wszystkimi komórkami włosa, które kiedykolwiek dostaną, więc kiedy się zgubią, znikną na dobre. Z drugiej strony ptaki, ryby i inne nie-ssaki mają zdolność do odzyskiwania utraconego słuchu poprzez różne procesy regeneracyjne.

praca z myszami, zrozumienie pięknej architektury słuchania pracy przez zespół, w tym adiunkt Jax Basile Tarchini, Ph.D., rzuca światło na mechanizm, który kieruje montażem wzoru klatki schodowej Wiązki Włosów. Tarchini odkrył szlak sygnałowy, który reguluje charakterystyczną organizację stereocylii od krótkiej do wysokiej podczas rozwoju. Jeśli ten szlak sygnałowy zostanie zakłócony, pokazał, że stereocylia są krótsze i bardziej równomierne, a zwierzę jest głuche. Zrozumienie podstawowych mechanizmów leżących u podstaw rozwoju komórek włosowych obiecuje uwolnienie potencjału regeneracyjnego u dorosłych i przywrócenie słuchu po urazie.

ułożenie wiązki stereocylii oznacza również, że każda komórka włosa wykazuje kierunkowość, jak namagnesowana igła kompasu. Ponadto sąsiednie komórki włosowe orientują swoje wiązki w harmonii, w ten sam sposób zbiór kompasów wskazywałby na północny biegun magnetyczny. Współpracując z kolegami z Uniwersytetu Rockefellera, Tarchini wykazał, że białko daple koordynuje jednokomórkową i narządową kierunkowość ucha wewnętrznego, zespół badawczy Rockefellera pokazuje, że myszy pozbawione Daple wykazują wady rozwojowe w komórkach włosowych i wiązkach.pojedyncze białko, Daple, jest wymagane do ukształtowania architektury wiązki stereocylii w poszczególnych komórkach włosowych i ustalenia ich wspólnej orientacji w otaczającym narządzie. U myszy pozbawionych Daple, wiązki włosów są zniekształcone i źle zorientowane we wzorze wskazującym zarówno na pojedyncze komórki, jak i narządy.

Tarchini urodził się w Szwajcarii, a jego pierwszym językiem jest francuski. Uzyskał swoje B.Sc i doktorat z biologii na Université de Genève. Tam, jako absolwent, pracował w laboratorium Denisa Duboule ‘ a, wybitnego profesora na Wydziale genetyki i ewolucji. Następnie Tarchini uzyskał stypendium w ramach prestiżowego programu Human Frontier Science, międzynarodowego programu wspierania badań naukowych, a następnie odbył staż podoktorski w Institut de Recherches Cliniques de Montréal w Kanadzie. Tam współpracował z Prof. Michel Cayouette, którego laboratorium bada determinację losów komórek w siatkówce.

nowe zainteresowanie uchem wewnętrznym, wraz z trwającą całe życie tendencją do podążania mniej uczęszczaną ścieżką, skłoniły Tarchiniego do zmiany ścieżki badawczej.

“obawiałem się, że mój projekt siatkówki nie porusza się wystarczająco szybko i nie jest wystarczająco obiecujący”, wspomina. “Wpadłem na pomysł, aby spojrzeć na inny organ i słyszałem, że ucho wewnętrzne jest niesamowitym systemem, jeśli chodzi o biegunowość komórek. Ale nic nie wiedziałem o uchu wewnętrznym.”

to się zaczęło, mówi Tarchini, jako “bardzo ryzykowny i nieskuteczny wypad do ucha wewnętrznego” i polegał na nauczeniu się technik, ponieważ nikt inny w laboratorium nie miał wiedzy, aby go wyszkolić. “Straciłem więc dużo czasu, ale okazało się to inwestycją w moje przyszłe badania. Miałem wielkie szczęście; Michel jest osobą szczególnie otwartą i pozbawioną rąk, a on dał mi wolność i czas na zbadanie innego systemu.”

przejście do badania ucha wewnętrznego pozwoliło Tarchini z powodzeniem poruszać się w trudnej sytuacji każdego podoktorium rozpoczynającego własne laboratorium po pracy w laboratorium uznanego naukowca. “W końcu ta praca z uchem wewnętrznym okazała się naprawdę interesująca i byłem w stanie opuścić laboratorium Cayouette i płynnie kontynuować te same badania niezależnie, nie martwiąc się w żaden sposób, czy nadepnę na palce mojemu poprzedniemu doradcy. To było fantastyczne.”

dawni mentorzy Tarchiniego z zainteresowaniem i dumą obserwują postępy Tarchiniego. “Basile jest fantastycznym naukowcem”, mówi Cayouette, ” I powiedziałbym, że jego największym atutem jest to, że jest dokładny, skrupulatny i rygorystyczny zarówno w planowaniu eksperymentalnym, jak i w realizacji. Basile jest również bardzo inteligentny i oddany. Nauczył się wszystkiego i skończył publikując piękne prace na temat ślimaka, w laboratorium siatkówki! To było imponujące. Nie mam wątpliwości, że Basile będzie nadal wnosił istotny wkład i stanie się liderem w swojej dziedzinie.”

” na stronie 60 swojej pracy doktorskiej “Duboule mówi” Basile zacytował cytat H. L. Menckena: “Na każdy złożony problem istnieje odpowiedź, która jest jasna, prosta i zła.”To wiele mówi o nim i o jego bardzo wysokich standardach naukowych-i o jego lekkim dotyku nihilizmu.”

Tarchini dołączył do wydziału JAX w 2015 roku. Rok później zabezpieczył swoje pierwsze federalne finansowanie badań, pięcioletnią dotację w wysokości 1,9 miliona dolarów od National Institute on Deafness and Other Communication Disorders.

osobiście wszystko o Tarchini jest precyzyjne i mierzone, od jego uporządkowanego biura z widokiem na spektakularną Zatokę Francuzów Bar Harbor po jego elegancki wygląd (w przeciwieństwie do większości naukowców w jego wieku, którzy preferują sportowy-niechlujny-wieloletni wygląd studenta). Może mieć na sobie wykwintny sweter zrobiony na drutach przez swoją żonę Dayanę Krawczuk, żywiołowego naukowca JAXA-menedżera mediów społecznościowych. Kiedy są razem, ona opowiada anegdoty, a on przedstawia treściwe puenty.

Tarchini jest również utalentowanym muzykiem jazzowym, który kiedyś rozważał pójście ścieżką profesjonalnego wykonawcy zamiast naukowca. Ostatnio występował na basie na koncercie w Bibliotece Miejskiej Bar Harbor z prezesem i dyrektorem generalnym Jaxem Edisonem Liu na fortepianie.

muzyk-naukowiec, który studiuje słuch? Właściwie, Tarchini mówi ze śmiechem :” im jestem starszy, tym bardziej lubię ciszę. Nie znoszę np. muzyki w tle!”

w rzeczywistości jego zainteresowania badawcze, pozostając w uchu wewnętrznym, przesuwają się w kierunku układu przedsionkowego, który znajduje się tuż obok ślimaka.

“ucho wewnętrzne to w zasadzie dwa układy w jednym, słuchowy i przedsionkowy” “Jest to coś, co uważamy za oczywiste, zdolność do postrzegania miejsca, w którym znajduje się nasze ciało w przestrzeni, do chodzenia wyprostowanego, odczuwania grawitacji. Ale niezwykle ważne jest, aby działał poprawnie: w przeciwnym razie nie można było wstać z łóżka rano.”

Tarchini już pokazał, że może śmiało i skutecznie przesunąć swoje zainteresowania badawcze. Wypatrujcie ciekawych odkryć.