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Los órganos del oído interno, la cóclea, el utrículo, el sáculo y tres canales semicirculares, median la capacidad de oír y equilibrarse. Dentro de la cóclea, las células ciliadas convierten los sonidos en señales eléctricas que se transmiten a las neuronas ganglionares espirales (SGN). Los SGN disparan potenciales de acción para propagar señales neuronales a través del circuito auditivo. Las mutaciones genéticas, los fármacos ototóxicos y la exposición a sonidos fuertes contribuyen a la muerte de las células ciliadas y del SGN, lo que provoca la pérdidade audición 1-4. Una vez perdidas, estas células no se reemplazan. El uso de iPSC y ESC para generar células ciliadas nacientes o SGN es muy prometedor para las terapias de reemplazo de células del oído interno5-8. Una oleada de avances ha demostrado que las células madre pluripotentes y los progenitores derivados del oído interno pueden diferenciarse en células ciliadas y SGN en varias etapas de madurez. Las células madre embrionarias de mamíferos (ESC) y las células madre pluripotentes inducidas (iPSC) se pueden utilizar para generar células ciliadas funcionales y SGN9-11. También se ha demostrado que las células madre y las células progenitoras derivadas del oído interno de los mamíferos forman células ciliadas y neuronas con propiedades de sus contrapartes celulares in vivo 12-16.
El uso de progenitores óticos derivados de iPSC o ESC para reemplazar las células ciliadas perdidas y las SGN requiere una diferenciación eficiente. La diferenciación inadecuada o la proliferación continuada de progenitores derivados del tallo injertados en el oído interno pueden exacerbar la función del oído interno y plantear un riesgo tumorigénico, como la formación de teratomas en el oído interno17. Existe una clara necesidad de desarrollar las condiciones de la cultura y comprender la diferenciación de los progenitores óticos. Una estrategia en el desarrollo de estos métodos es recapitular las decisiones sobre el destino celular tomadas por los progenitores neurosensoriales durante el desarrollo del oído interno. Los protocolos que evitan la proliferación y dirigen los progenitores óticos a las células ciliadas o SGN ayudarán a mejorar la seguridad y la eficacia de las terapias de reemplazo.
Durante el desarrollo, el oído interno comienza con el engrosamiento del ectodermo superficial en una región restringida entre los rombómeros 5 y 6 para convertirse en la placa ótica. A medida que la placoda ótica se invagina para formar una copa ótica, una colección de células en la región anterior de la copa ótica da lugar al dominio neurosensorial-competente (NSD), que contiene precursores de las células ciliadas y las neuronas del oído interno18. Los estudios de mapeo del destino del oído interno en desarrollo de ratones, pollos y peces cebra sugieren múltiples poblaciones de progenitores neurosensoriales que dan lugar a las células ciliadas sensoriales, las células de soporte circundantes y las neuronas óticas19-22. El factor de transcripción del grupo de alta movilidad, Sox2, se ha implicado en la especificación de las células sensoriales y se ha utilizado como marcador para los progenitores del oído interno23,24. Las mutaciones hipomórficas que disminuyen los niveles de expresión de Sox2 en el oído interno dan lugar a la pérdida de las células ciliadas, las células de soporte y las SGN en la cóclea25,26.
Para estudiar las células progenitoras óticas sometidas a decisiones sobre el destino celular, se estableció previamente una línea celular de progenitores óticos multipotentes inmortalizados (iMOP) con destino restringido a partir de Sox2 que expresan progenitores cocleares. Las células iMOP se derivaron originalmente de una cóclea embrionaria E12.5-13.5 y se infectaron con un retrovirus c-Myc27. Las células iMOP pueden proliferar continuamente como células formadoras de colonias conocidas como otosferas y tienen la capacidad de diferenciarse en células ciliadas, células de soporte y SGN27. La comprensión de la capacidad de las células iMOP para diferenciarse en linajes óticos distintos permite la aplicación de estos hallazgos para generar de manera eficiente células ciliadas y SGN derivadas de iPSC o ESC. Los protocolos de diferenciación eficientes abrirán nuevas vías para las terapias de reemplazo celular de las enfermedades del oído interno que son recalcitrantes a los tratamientos convencionales. Una cuestión crucial en la generación de células óticas mediante cultivo celular in vitro es tener marcadores de diferenciación que ayuden a determinar si las células están en proceso de diferenciación. Cdkn1b (p27KIP) se ha utilizado ampliamente como un marcador temprano para la diferenciación en el oído interno en desarrollo, sin embargo, no se ha abordado la expresión de Cdkn1b en células iMOP y cómo se correlaciona con la diferenciación. En este estudio, se describen las condiciones actuales del cultivo y cómo la expresión de Cdkn1b se correlaciona con otros marcadores de diferenciación de iMOP.