德国哥廷根校区的研究人员首次在分子层面成功观察内耳中的微小突触——即毛细胞与听觉神经细胞之间的接触点。他们证实，对听力至关重要的离子通道及其他突触蛋白质以特定模式排列，这种排列确保了听觉信息向大脑的优化传输。这些发现可能有助于开发针对突触性听力障碍的治疗方法，研究成果已发表在《科学进展》期刊上。
听力依赖于声音向神经信号的转换过程。内耳将声波振动转化为神经冲动，再通过听觉神经传递至大脑，最终被解读为声音、言语或音调。该过程的核心枢纽是突触——即毛细胞与听觉神经细胞之间的接触点。
当声波刺激毛细胞时，细胞膜中的钙离子通道打开，钙离子随之流入。这促使信使物质释放，进而激活对侧听觉神经细胞上的受体，形成神经冲动。
由哥廷根大学医学中心（UMG）领导的哥廷根科学家团队首次成功观察内耳毛细胞突触的微小结构。研究团队采用哥廷根校区教授斯特凡·赫尔及其同事开发的三维MINFLUX纳米显微镜技术，实现了纳米级（即百万分之一毫米）细节的可视化。通过优化样本制备，研究人员首次证实毛细胞中的钙离子通道和某些结构蛋白质会自组织成微小群组。这些被称为纳米簇的群组以条纹状排列，而储存信使物质的微小膜囊泡也首次通过MINFLUX技术在突触处实现可视化。
当信使物质释放到毛细胞与听觉神经细胞之间的间隙后，会与对侧听觉神经细胞上环形排列的受体结合。这种环形结构显然有利于高效检测释放的信使物质。通过生物物理模拟，研究人员证实这种纳米簇排列能实现信使物质的高效释放。
"钙离子通道的有序排列提高了神经递质释放的可能性。这些纳米簇使我们能够精确快速地感知声音，"托比亚斯·莫泽教授表示，"这项工作提供了毛细胞突触缺失的分子图谱，并解释了为何它驱动着我们最快速、最精确的感觉系统。"莫泽教授是哥廷根大学医学中心听觉神经科学研究所所长，也是"多尺度生物成像：从分子机器到可兴奋细胞网络"卓越集群发言人，同时担任"感觉与运动系统疾病机制及功能修复"联合研究中心发言人。
该合作研究在多尺度生物成像卓越集群框架下进行，参与机构包括哥廷根大学生物网络动力学校区研究所、马克斯·普朗克动力学与自组织研究所、马克斯·普朗克多学科科学研究所，以及哥廷根本地企业阿贝里奥仪器公司。
纳米级高分辨率三维成像技术
三维MINFLUX纳米显微镜技术结合了光学显微镜的分子特异性和接近电子显微镜的分辨率。研究人员建立了一种使耳蜗适用于三维MINFLUX纳米显微镜观察的方法。
"通过新型样本制备技术，我们得以利用MINFLUX以前所未有的细节可视化毛细胞突触结构——精确到单个蛋白质及其纳米簇，这标志着听力研究的方法学突破，"该研究第一作者、哥廷根大学医学中心听觉神经科学研究所前博士后研究员罗汉·卡普尔表示。
更多信息：Rohan Kapoor 等人，《利用MINFLUX纳米显微镜绘制内耳毛细胞突触纳米拓扑图》，《科学进展》（2025）。DOI: 10.1126/sciadv.ady4344
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