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Os órgãos do ouvido interno, cóclea, utrículo, sáculo e três canais semicirculares, medeiam a capacidade de ouvir e equilibrar. Dentro da cóclea, as células ciliadas convertem sons em sinais elétricos que são retransmitidos para os neurônios do gânglio espiral (SGN). Os SGNs disparam potenciais de ação para propagar sinais neurais através do circuito auditivo. Mutações genéticas, drogas ototóxicas e exposição a sons altos contribuem para a morte das células ciliadas e do NSG que resultam em perda auditiva1-4. Uma vez perdidas, essas células não são substituídas. O uso de iPSC e ESC para gerar células ciliadas nascentes ou SGNs é uma grande promessa para terapias de reposição de células da orelha interna5-8. Uma enxurrada de progresso mostrou que células-tronco pluripotentes e progenitores derivados do ouvido interno podem se diferenciar em células ciliadas e SGNs em vários estágios de maturidade. Células-tronco embrionárias de mamíferos (ESC) e células-tronco pluripotentes induzidas (iPSC) podem ser usadas para gerar células ciliadas funcionais e SGNs9-11. Células-tronco e células progenitoras derivadas do ouvido interno de mamíferos também demonstraram formar células ciliadas e neurônios com propriedades de suas contrapartes celulares in vivo 12-16.
O uso de progenitores óticos derivados de iPSC ou ESC para substituir células ciliadas perdidas e SGNs requer diferenciação eficiente. A diferenciação inadequada ou a proliferação contínua de progenitores derivados do caule enxertados na orelha interna podem exacerbar a função da orelha interna e representar um risco tumorigênico, como a formação de teratomas na orelha interna17. Há uma clara necessidade de desenvolver condições de cultura e entender a diferenciação de progenitores óticos. Uma estratégia no desenvolvimento desses métodos é recapitular as decisões de destino celular tomadas por progenitores neurossensoriais durante o desenvolvimento do ouvido interno. Protocolos que previnem a proliferação e direcionam progenitores óticos para as células ciliadas ou SGNs ajudarão a melhorar a segurança e a eficácia das terapias de reposição.
Durante o desenvolvimento, o ouvido interno começa com o espessamento do ectoderma superficial em uma região restrita entre os rombomeros 5 e 6 para se tornar o placódio ótico. À medida que o placódio ótico invagina para formar uma taça ótica, uma coleção de células na região anterior da taça ótica dá origem ao domínio neural-sensorial-competente (NSD), que contém precursores de células ciliadas e neurônios da orelha interna18. Estudos de mapeamento de destino de camundongos, galinhas e peixes-zebra desenvolvendo o ouvido interno sugerem múltiplas populações de progenitores neurossensoriais que dão origem às células ciliadas sensoriais, ao redor das células de suporte e neurônios óticos19-22. O fator de transcrição do grupo de alta mobilidade, Sox2, tem sido implicado na especificação de células sensoriais e usado como marcador para progenitores da orelha interna23,24. Mutações hipomórficas que diminuem os níveis de expressão de Sox2 na orelha interna resultam na perda das células ciliadas, células de sustentação e SGNs na cóclea25,26.
Para estudar células progenitoras óticas submetidas a decisões de destino celular, uma linhagem celular de progenitor ótico multipotente imortalizado restrito ao destino (iMOP) de progenitores cocleares que expressam Sox2 foi previamente estabelecida. As células iMOP foram originalmente derivadas da cóclea embrionária E12.5-13.5 e infectadas com um retrovírus c-Myc27. As células iMOP podem proliferar continuamente como células formadoras de colônias conhecidas como otosferas e têm a capacidade de se diferenciar em células ciliadas, células de suporte e SGNs27. Compreender a capacidade das células iMOP de se diferenciar em linhagens óticas distintas permite a aplicação desses achados para gerar eficientemente células ciliadas derivadas de iPSC ou ESC e SGNs. Protocolos de diferenciação eficientes abrirão novos caminhos para terapias de substituição celular de doenças do ouvido interno que são recalcitrantes aos tratamentos convencionais. Uma questão crucial na geração de células óticas por cultura de células in vitro é ter marcadores de diferenciação que ajudem a determinar se as células estão passando por diferenciação. Cdkn1b (p27KIP) tem sido amplamente utilizado como um marcador precoce para diferenciação no desenvolvimento da orelha interna, no entanto, a expressão de Cdkn1b em células iMOP e como ela se correlaciona com a diferenciação não foi abordada. Neste estudo, são descritas as condições atuais da cultura e como a expressão de Cdkn1b se correlaciona com outros marcadores de diferenciação de iMOP.