Los científicos proporcionan una imagen clara del componente misterioso del oído interno

Investigaciones

Hace unos años, Ian Swinburne, investigador de HMS en biología de sistemas, notó algo extraño mientras realizaba un estudio de microscopía de lapso de tiempo del oído interno del pez cebra. Una pequeña estructura en el oído interno latía como un reloj, inflando y desinflando una y otra vez.

Cuando Swinburne y su asesor postdoctoral Sean Megason, profesor asociado de HMS de biología de sistemas, investigaron más a fondo, descubrieron que la estructura era el saco endolinfático, un bolsillo lleno de líquido conectado al resto del oído interno por un conducto largo y delgado.

Pero ninguno de los dos pudo explicar por qué estaba latiendo.

“Los científicos han sabido acerca de la existencia del saco endolinfático durante unos 300 años, pero no se entendió exactamente qué es lo que hace”, señaló Megason. “Incluso a menudo falta en modelos o dibujos animados de libros de texto del oído interno. No nos propusimos estudiarlo, pero nos interesamos una vez que vimos su sorprendente comportamiento”.

En el transcurso de los próximos años, Swinburne y Megason trabajaron para comprender mejor la función de esta estructura misteriosa. Para hacerlo, tenían que visualizarlo en acción. Colaborando con algunos de los principales laboratorios de microscopía del mundo, reconstruyeron diferentes vistas del saco endolinfático hasta que surgió una imagen clara.

En un estudio publicado el 19 de junio en eLife , el equipo informó los resultados de su investigación: el saco endolinfático actúa como una válvula de alivio de presión y está formado por una delgada barrera de proyecciones celulares que se abre y se cierra para regular la liberación de líquido desde el interior. el oído interno


Sus hallazgos revelan un mecanismo biológico único para mantener la presión y composición del fluido y pueden informar el estudio y tratamiento de trastornos que involucran defectos en la presión del oído interno como la enfermedad de Meniere, una afección caracterizada por vértigo, pérdida de audición y zumbido en los oídos. Los resultados también podrían ayudar a los investigadores a estudiar el control de la presión en otros órganos, como los ojos y los riñones, que también tienen cavidades llenas de líquido.

De vez en cuando, uno oye que una casa fue destruida por un calentador de agua porque su válvula de liberación de presión estaba defectuosa”, dijo Swinburne. “Es importante tener estos sistemas de control de seguridad en nuestros órganos también”.

Algo raro

El oído interno es el órgano sensorial responsable de la audición y el equilibrio y se compone de varias estructuras complejas. En los mamíferos, el sonido es detectado por la cóclea en forma de concha de caracol, y el movimiento de la cabeza es detectado por tres bucles huecos de hueso llamados canales semicirculares.


Todas las estructuras del oído interno están interconectadas y llenas de líquido especializado, que se mueve en respuesta a las ondas de sonido o al movimiento de la cabeza. Estos movimientos fluidos sutiles son detectados por las células sensoriales y convertidos en señales neuronales para que el cerebro las procese.

Tanto la presión como la composición química del líquido del oído interno deben mantenerse con cuidado, y ciertos trastornos, como la enfermedad de Ménière, se deben a fluctuaciones de presión anormales.

Los científicos han planteado la hipótesis de que el saco endolinfático desempeña un papel en la regulación de la presión de este líquido, pero el oído interno de los mamíferos es pequeño y está recubierto por un hueso extremadamente denso, lo que dificulta el acceso y el estudio.

Los oídos internos de los embriones de pez cebra, que Swinburne y Megason estudian, son mucho más visibles. Cuando el equipo observó por primera vez el comportamiento pulsátil del saco endolinfático, sospecharon una conexión con el control de la presión. Probarlo, sin embargo, era otro asunto.

Teníamos todas estas películas donde se podía ver toda la estructura pulsante, y cuando Ian inyectó tinte en el saco, pudimos ver que fluía líquido”, dijo Megason. “Pero no estaba claro cómo se estaba saliendo ese fluido. Parecía que algo extraño estaba sucediendo”.

Momento Eureka

En ese momento, Swinburne también participó en un proyecto paralelo que revisaba estudios previamente publicados de varios peces cebra con genes mutados. Uno de los mutantes con los que tropezó, con una forma anormal del factor de transcripción lmx1bb , tenía sacos endolinfáticos que eran mucho más grandes de lo normal.

A través de los experimentos de inyección de tinte, descubrieron que en los mutantes lmx1bb , el líquido del oído interno no fluía del saco endolinfático como debería y la acumulación de líquido hacía que la estructura se hinchara. El equipo notó que normalmente, un poco de líquido también se filtra en el saco cuando se desinfla. Sin embargo, no se produjo tal fuga en los mutantes lmx1bb , lo que sugiere que la estructura se cerró de alguna manera.

Estuvieron perplejos hasta que se conectaron con Jeff Lichtman, el profesor Jeremy R. Knowles de Biología Molecular y Celular y el profesor Santiago Ramón y Cajal de Artes y Ciencias en la Universidad de Harvard. El laboratorio Lichtman se especializa en obtener imágenes del cerebro, y entre los datos que han recopilado se encuentran micrografías electrónicas de alta resolución del oído interno.

Cuando Swinburne y Megason analizaron estas imágenes, observaron proyecciones de membrana similares a un colgajo llamadas lamelas que se extendían desde las células que forman el saco endolinfático. Estas solapas se superponen entre sí, formando una barrera.

“A los biólogos les gusta decir que la estructura determina la función. Cuando vimos la lámina por primera vez, todo hizo clic”, dijo Swinburne.

“Fue un momento eureka”, agregó Megason.

Alivio por fin

Los análisis del equipo revelaron que los sacos endolinfáticos normales contienen una capa extremadamente delgada de estas laminillas superpuestas, que denominaron “barreras lamelares”. En la mayoría de los tejidos, las células están estrechamente conectadas y el agua no puede pasar entre ellas. En el saco endolinfático, sin embargo, las células parecían tener pequeñas brechas entre ellas, que están cubiertas por barreras lamelares.

Cuando la presión del fluido aumenta, el saco se infla y las barreras comienzan a separarse. Una vez que se alcanza un cierto punto, las barreras se abren, permitiendo que el fluido salga del saco y alivie la presión.

Para seguir investigando, los investigadores se asociaron con el pionero de microscopía y premio Nobel Eric Betzig del Instituto Médico Howard Hughes y Tomas Kirchhausen, profesor de biología celular de HMS y profesor de pediatría en el Hospital Infantil de Boston.

A principios de este año, Betzig, Kirchhausen, Megason y sus colegas publicaron un artículo seminal que describe una nueva tecnología llamada óptica adaptativa: celosía de hoja de luz microscópica, que permite a los investigadores capturar imágenes 3D y películas de células dentro de organismos vivos con un detalle sin precedentes.

El equipo aplicó esta tecnología al saco endolinfático y observó que la barrera laminar se mueve activa y dinámicamente a medida que el saco se infla y se desinfla.

Se arrastran constantemente. Parece una célula que está migrando, pero son parte del epitelio. Es realmente una biología celular extraña”, dijo Swinburne.

Sus resultados implican al saco endolinfático como una válvula de alivio de presión para el oído interno, pero muchos misterios quedan para estudio futuro, como la forma en que las barreras lamelares se conectan entre sí, ya sea que las abra la presión física o alguna proteína sensible a la presión y si este mismo mecanismo está presente en otros animales, como ratones y humanos.

El equipo también sospecha que este mecanismo puede estar presente en otros órganos, como el ojo, el cerebro y los riñones, que también contienen cavidades llenas de líquido presurizado. De particular interés es el papel de los genes relacionados con lmx1bb , que, cuando se muta en ratones, causan problemas renales y oculares.

Las mutaciones de los genes lmx1 en humanos se han relacionado con el glaucoma, una condición en la que el líquido se acumula en la parte frontal del ojo. Una mejor comprensión de las barreras laminares y los mecanismos de alivio de la presión podría ayudar a informar el estudio y el tratamiento de estas enfermedades, sugieren los autores.

“Este estudio fue definitivamente un caso de ver para creer”, dijo Megason. “Fue muy importante contar con microscopía de vanguardia en muchos frentes diferentes. Cada una de estas diferentes técnicas de microscopía nos dio una pieza diferente del rompecabezas y cuando se unen, obtenemos la imagen completa”.

Fuentes: www.news-medical.net hms.harvard.edu

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