最新研究:干细胞向治疗遗传性耳聋迈进

2021
06/28

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耳聋是新生儿中最常见的感觉障碍,大约1000个孩子中就有一个出生时听力损失,或者在儿童早期发展成听力损失,给个人,家庭和生活带来沉重负担。

这些病例中有一半是由遗传因素造成的,通常情况下,这种类型的耳聋与一种名为“缝隙连接β2(GJB2)”的基因突变有关,该基因编码一种名为“连接蛋白26(CX26)”的蛋白质。这种蛋白质存在于耳蜗的细胞中,耳蜗是内耳的听力部分。治疗GJB2相关耳聋的一种方法是复制功能正常的耳蜗细胞,并将它们引入内耳。


Junteno大学的研究人员在《人类分子遗传学》杂志上报告表示,干细胞技术可以用来开发针对这种常见突变相关的耳聋的治疗方法。利用干细胞技术,他们成功地复制了耳蜗支持细胞,这是一种已知含有CX26蛋白的细胞。

01干细胞分化成耳蜗细胞
此前,该研究团队已经建立了GJB2相关耳聋的小鼠模型,并证明GJB2的突变导致耳蜗CX26/CX30大分子复合物的严重破坏和细胞间缝隙连接通讯(GJIC)的降低[1]。因此,形成具有CX26GJPs的耳蜗细胞可能是遗传性耳聋治疗的最重要靶点。

然而,耳蜗解剖结构复杂,不容易从外部接触到,而且目标细胞数量很少,比其他感觉器官更难研究。此外,由于耳蜗充满淋巴,活体检查或直接给药等侵入性操作可能导致不可逆转的听力损失。因此,干细胞,例如诱导多能干细胞(iPSC)等,是研究内耳疾病的分子机制以及产生细胞替代疗法的重要工具。

图片来自文献2
在本研究中,研究人员获得了具有耳蜗支持细胞特性的人诱导多能干细胞来源的功能性CX26缝隙连接形成细胞(ICX26GJCs)。这些iCX26GJCs在细胞-细胞边界形成缝隙连接斑块状结构,并表达多个标记,这些标记同样在耳蜗支持细胞中表达。此外,他们还从两名亚洲最常见的GJB2突变患者的诱导多能干细胞中产生了ICX26GJCs,这些细胞复制了GJB2相关耳聋的病理变化。这些体外模型可能有助于建立GJB2相关耳聋的最佳治疗方案和药物筛选。

02细胞技术在耳聋领域的研究与应用
这一研究结果为干细胞技术在遗传性耳聋领域的研究和应用做了铺垫。截至目前,Pubmed网站上搜索干细胞与耳聋相关研究,可发现其热度近年来显著增加,这也表明了干细胞在耳聋治疗上所展示出的巨大前景。以下为1973年-2021年6月干细胞与耳聋相关研究热度统计图:

图片来自Pubmed
国外开展的一项研究[3]验证了干细胞分化而成的神经前体细胞的电生理功能,结果显示能检测出单动作电位,而后将其移植到听神经病动物模型中,观察到细胞迁移,分化,还能恢复部分损失的听力,平均听觉阈值改善。

图片来自文献[3]
此外,还有研究显示[4]:将干细胞注入耳蜗受损小鼠,结果显示干细胞迁移至受损耳蜗中,并可分化为相应耳蜗细胞结构。

图片来自文献[4]
在实际应用领域,2018年我国科学家结合3D打印技术和细胞培育技术,为5名先天性小耳畸形儿童种植了新耳朵。这是一项开创先河的研究!这一成果发表在《EBioMedicine》杂志上。参与这项试验的5名儿童年龄在6岁至9岁之间,全部患有单边小耳症。研究人员使用CT扫描和3D打印来构建可生物降解的支架,这些支架可用于复制患者健康耳朵的精确3D结构。研究人员从每位患者的小耳软骨中获取软骨细胞后,将这些细胞接种至支架上,并培养三个月。

DOI: 10.1016/j.ebiom.2018.01.011


  • 一旦形成特定的耳朵形状,研究人员便将其植入患者身上,以重建耳朵。他们发现,在所有病例中,4例在新生耳植入术6个月后软骨形成明显,其中3例患者新耳朵的形状、大小和棱角与另一只健康耳朵匹配度高。进一步随访发现,“种植”的新耳朵结构保持完好,不过其中两例在手术后出现轻微的扭曲。


小结

耳聋对患者,家庭及社会造成巨大影响,传统治疗方法效果有限,目前干细胞已在耳聋治疗上展露头角,未来仍然需要解决如何更好诱导干细胞朝耳蜗细胞定向分化,以及开展更多的临床研究来证实其功能。随着干细胞在耳聋治疗方面研究的进一步开展,相信其一定会成为耳聋治疗的一大法宝,让耳聋患者重获听力!
参考文献:
[1] Guo X, Gotoh S, Sugitani Y, Yamanaka H, Ito-Kawashima S, Iizuka T, Sakurai T, Noda T, Minowa O, Ikeda K. Assembly of the cochlear gap junction macromolecular complex requires connexin 26. J Clin Invest. 2014 Apr;124(4):1598-607.
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24590285/
[2] Fukunaga I, Oe Y, Danzaki K, Ohta S, Chen C, Shirai K, Kawano A, Ikeda K, Kamiya K. Modeling gap junction beta 2 gene-related deafness with human iPSC. Hum Mol Genet. 2021 May 17:ddab097.
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33997905/
[3] Chen W, Jongkamonwiwat N, Abbas L, Eshtan SJ, Johnson SL, Kuhn S, Milo M, Thurlow JK, Andrews PW, Marcotti W, Moore HD, Rivolta MN. Restoration of auditory evoked responses by human ES-cell-derived otic progenitors. Nature. 2012 Oct 11;490(7419):278-82.
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/22972191/
[4] Parker MA, Corliss DA, Gray B, Anderson JK, Bobbin RP, Snyder EY, Cotanche DA. Neural stem cells injected into the sound-damaged cochlea migrate throughout the cochlea and express markers of hair cells, supporting cells, and spiral ganglion cells. Hear Res. 2007 Oct;232(1-2):29-43.
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov

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关键词:
遗传性耳聋,GJB2,CX26,干细胞,治疗,研究,耳蜗,耳聋,软骨

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