一项新研究详细描述了一种在实验室中高效且可扩展地生成人类内耳毛样细胞的方法，这可能为听力损失的研究提供新的工具。
该研究今天以“评审预印本”形式发表于《eLife》，被编辑评价为重要工作，大大推进了我们对诱导人干细胞转化为毛细胞样细胞因素的理解。他们补充说，支持这些发现的证据令人信服。
听力损失影响着全球数亿人的生活，通常由内耳中的感觉毛细胞丧失引起——这些特殊细胞负责将声音振动转化为电信号传送给大脑。毛细胞可能因暴露在巨大噪音、某些药物或感染以及衰老而受损。在人体中，一旦这些毛细胞死亡就无法再生，这意味着听力损失往往是不可逆的。由于真实的人类毛细胞难以获取，加上实验室模型效率低下，相关研究一直受到限制。
在此前的工作中，作者展示了小鼠细胞可以通过四种转录因子Six1、Atoh1、Pou4f3和Gfi1（合称SAPG）重编程成类似毛细胞的细胞。然而，这种方法依赖病毒递送系统，这对一致性与可扩展性带来了挑战。
“在之前的小鼠研究中，我们使用逆转录病毒来传递四个SAPG基因，这成功地将细胞重编程为毛细胞样细胞，”论文第一作者、美国南加州大学凯克医学院Eli and Edythe Broad再生医学与干细胞研究中心博士后研究员Robert Rainey解释道。“然而，病毒递送存在重大缺陷。它很难控制基因表达的时间和水平，并引入了变异性，使扩大规模或在不同系统中保持一致使用变得困难。我们希望开发一种能在人类细胞中可靠工作的更高效方法。”
Rainey及其同事设计了一种稳定的人类干细胞系，携带一种多西环素诱导型的SAPG转录因子版本。通过向培养物中添加抗生素多西环素，这种方法能够精确控制重编程过程。为了追踪细胞何时开始表现出毛细胞特征，他们还加入了一个荧光报告基因，随着重编程进程其会开启。
当加入多西环素后，团队在三天内观察到了重编程的初步迹象。到第七天，约有35%至40%的细胞表达了诸如MYO7A、MYO6和POU4F3等关键毛细胞基因标记。与之前的基于病毒的方法相比，效率提高了超过19倍，耗时却减半。
随后，研究团队使用单细胞RNA测序分析了重编程细胞的基因表达模式。他们发现这些细胞与人类胎儿内耳毛细胞共享许多关键转录因子和信号通路。尽管这些细胞并未明确区分为耳蜗（听觉相关）或前庭（平衡相关）亚型，但它们同时表达了两者的标志物。这些结果表明他们的方法产生的是类似于未成熟或早期发育阶段的人类毛细胞。
研究人员还测试了重编程细胞的电学特性，以查看它们在多大程度上模拟了真正的毛细胞。通过膜片钳记录，他们发现了多种电压门控离子电流——这是毛细胞检测和响应声音所必需的跨细胞膜带电粒子运动产生的电信号，其中包括一些与发育中的人类毛细胞相似的信号。
“与病毒递送系统相比，这种方法有几个优势。我们可以通过短时间添加多西环素精确控制重编程的启动和停止，并且它适用于标准的二维细胞培养，”通讯作者Andrew Groves说道。他当时是德克萨斯州休斯顿贝勒医学院神经科学与分子和人类遗传学系教授，现在是密苏里州华盛顿大学医学院发育生物学系主任。“结合无需病毒递送的优势，这些特点使该方法在未来的研究中更具可扩展性和适应性——无论是用于建模人类内耳发育、研究听力损失，还是筛选保护性药物。”
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