Rigenerazione cellule ciliate: la chiave scoperta in pesci e lucertole per curare udito e acufene

La rigenerazione delle cellule ciliate dell’orecchio interno è un tema di grande interesse per i ricercatori e per chi soffre di acufene. Da tempo si dibatte sulla possibilità di rigenerare queste cellule e sul potenziale rivoluzionario che ciò potrebbe avere nella cura dei principali problemi uditivi, come la perdita dell’udito e l’acufene.

Un recente studio condotto dall’USC Stem Cell (Dipartimento di Ricerca sulle Cellule Staminali della University of Southern California), pubblicato nei Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), ha individuato i meccanismi genetici che permettono a pesci e lucertole di rigenerare l’udito dopo una lesione. La ricerca ha identificato importanti regolatori genici e specifici elementi di controllo del DNA, fornendo nuove indicazioni sulla rigenerazione delle cellule ciliate. Questi risultati aprono la strada a strategie terapeutiche per ripristinare l’udito e l’equilibrio negli esseri umani.

Guidata da Tuo Shi, con la collaborazione di Ksenia Gnedeva e Gage Crump della Keck School of Medicine dell’USC, la ricerca si è focalizzata su due tipi fondamentali di cellule dell’orecchio interno: le cellule ciliate, che rilevano i suoni, e le cellule di supporto, che mantengono l’ambiente necessario per il loro funzionamento. In specie rigenerative come i pesci zebra e le lucertole verdi, le cellule di supporto possono trasformarsi in cellule ciliate per sostituire quelle danneggiate, una capacità che invece manca negli esseri umani e in altri mammiferi.

Capire i meccanismi rigenerativi

Per comprendere meglio il processo rigenerativo di alcuni vertebrati, i ricercatori hanno studiato come i geni delle cellule ciliate vengano riattivati nelle cellule di supporto delle specie rigenerative. Analizzando il ripiegamento del genoma nelle cellule dell’orecchio interno di pesci zebra e lucertole anole verdi, hanno confrontato questi elementi di controllo del DNA con quelli presenti nei topi, che non possiedono capacità rigenerative.

“Confrontando due vertebrati rigenerativi, il pesce zebra e la lucertola, con i topi, che non sono rigenerativi, abbiamo scoperto dettagli chiave sul modo in cui le cellule ciliate possono essere sostituite per ripristinare l’udito in alcuni vertebrati”, ha spiegato Crump, professore del Dipartimento di Biologia delle Cellule Staminali e Medicina Rigenerativa dell’USC.

Lo studio ha identificato una classe di elementi di controllo del DNA chiamati enhancer, che amplificano la produzione della proteina ATOH1 dopo una lesione. La proteina ATOH1 è essenziale per attivare i geni necessari alla formazione delle cellule ciliate. Utilizzando la tecnologia CRISPR, i ricercatori hanno eliminato cinque di questi enhancer nei pesci zebra, bloccando lo sviluppo delle cellule ciliate e la loro rigenerazione dopo una lesione.

Curiosamente, mentre i pesci zebra possiedono cellule ciliate anche nella linea laterale – un organo specializzato nel rilevare il flusso e la pressione dell’acqua – l’eliminazione degli enhancer ha influenzato solo le cellule ciliate dell’orecchio interno. Questo dato sottolinea il ruolo specifico di questi elementi nella rigenerazione uditiva.

Un passo avanti verso il recupero dell’udito umano

Lo studio ha inoltre evidenziato che i topi possiedono versioni equivalenti degli enhancer, attivi durante lo sviluppo embrionale nelle cellule progenitrici che danno origine a quelle ciliate e di supporto dell’orecchio interno. Tuttavia, negli adulti delle specie non rigenerative come i topi, questi enhancer diventano inattivi, impedendo alle cellule di supporto di trasformarsi in cellule ciliate dopo una lesione. Al contrario, specie rigenerative come pesci e lucertole mantengono questi enhancer in uno stato attivo per tutta la vita, conservando così il loro potenziale rigenerativo.

“Abbiamo scoperto che, nelle specie rigenerative, le cellule affini mantengono gli enhancer aperti dallo sviluppo embrionale fino all’età adulta, permettendo a queste cellule di sostituirsi reciprocamente in caso di danno,” ha affermato Crump.

Questa scoperta fornisce un importante punto di partenza per esplorare tecniche genetiche e molecolari volte a riattivare le capacità rigenerative sopite negli esseri umani. Stimolando specifici regolatori nell’orecchio interno umano, potrebbe diventare possibile rigenerare cellule ciliate, aprendo nuove prospettive per trattare la perdita dell’udito e i disturbi dell’equilibrio.

Tradurre la ricerca in terapie

Questo studio, sostenuto dal National Institutes of Health e dall’Hearing Restoration Project, evidenzia il potenziale di tradurre le conoscenze derivanti da specie rigenerative in applicazioni terapeutiche per l’uomo. Rivelando come pesci e lucertole rigenerano le cellule ciliate, il team dell’USC ha posto le basi per lo sviluppo di nuove strategie contro la perdita dell’udito, una condizione che colpisce milioni di persone in tutto il mondo.

Questi risultati rappresentano un importante passo avanti verso la creazione di terapie che potrebbero, in futuro, consentire di recuperare l’udito e l’equilibrio nei pazienti con danni alle cellule ciliate, offrendo nuove speranze anche per chi soffre di acufene.

Riferimento:
Gnedeva, Ksenia et al., “Long-range Atoh1 enhancers maintain competency for hair cell regeneration in the inner ear,” Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI: 10.1073/pnas.2418098121.