Hörverlust ist seit langem eine Tatsache für die alternde Bevölkerung – geschätzte 30 Millionen Amerikaner leiden an einem gewissen Grad an Hörverlust. Wissenschaftler haben jedoch schon lange beobachtet, dass andere Tiere – nämlich Vögel, Frösche und Fische – die Fähigkeit haben, verlorene Sinneshaarzellen zu regenerieren.
„Es ist komisch, aber Säugetiere sind die Sonderlinge im Tierreich, wenn es um die Regeneration der Cochlea geht“, sagt Jingyuan Zhang, Ph.D., von der University of Rochester Department of Biology und Mitautor der Studie. „Wir sind die einzigen Wirbeltiere, die das nicht können.“
Forschungen im Labor von Patricia White, Ph.D., im Jahr 2012 identifizierten eine Familie von Rezeptoren – genannt epidermaler Wachstumsfaktor (EGF) -, die für die Aktivierung von Stützzellen in den Hörorganen von Vögeln verantwortlich sind. Wenn sie ausgelöst werden, vermehren sich diese Zellen und fördern die Bildung neuer Sinneshaarzellen. Sie spekulierte, dass dieser Signalweg möglicherweise manipuliert werden könnte, um ein ähnliches Ergebnis bei Säugetieren zu erzielen. White ist Forschungsprofessorin am Del Monte Institute for Neuroscience der University of Rochester Medical Center (URMC) und Hauptautorin der aktuellen Studie.
„Bei Mäusen exprimiert die Cochlea EGF-Rezeptoren während des gesamten Lebens des Tieres, aber sie treiben offenbar nie die Regeneration von Haarzellen an“, sagte White. „Vielleicht gab es während der Evolution der Säugetiere Veränderungen in der Expression von intrazellulären Regulatoren der EGF-Rezeptorfamilie. Diese Regulatoren könnten das Ergebnis der Signalübertragung verändert und die Regeneration blockiert haben. Unsere Forschung konzentriert sich darauf, einen Weg zu finden, den Signalweg vorübergehend umzuschalten, um sowohl die Regeneration der Haarzellen als auch ihre Integration mit den Nervenzellen zu fördern, die beide für das Hören entscheidend sind.“
In der neuen Studie, an der Forscher des URMC und der Massachusetts Ear and Eye Infirmary, die zur Harvard Medical School gehört, beteiligt waren, testete das Team die Theorie, dass die Signalübertragung der EGF-Rezeptorfamilie eine Rolle bei der Regeneration der Cochlea bei Säugetieren spielen könnte. Die Forscher konzentrierten sich auf einen bestimmten Rezeptor namens ERBB2, der in den Stützzellen der Cochlea zu finden ist.
Die Forscher untersuchten eine Reihe verschiedener Methoden, um den EGF-Signalweg zu aktivieren. Eine Reihe von Experimenten beinhaltete die Verwendung eines Virus, um die ERBB2-Rezeptoren zu aktivieren. In einem anderen wurden Mäuse genetisch so verändert, dass sie ein aktiviertes ERBB2 überexprimieren. In einem dritten Experiment wurden zwei Medikamente getestet, die ursprünglich entwickelt wurden, um die Stammzellaktivität in den Augen und der Bauchspeicheldrüse zu stimulieren, und von denen bekannt ist, dass sie den ERBB2-Signalweg aktivieren.
Die Forscher fanden heraus, dass die Aktivierung des ERBB2-Signalwegs eine kaskadenartige Reihe von zellulären Ereignissen auslöste, durch die die Stützzellen der Cochlea begannen, sich zu vermehren und den Prozess der Aktivierung anderer benachbarter Stammzellen zu starten, um neue sensorische Haarzellen zu werden. Darüber hinaus scheint dieser Prozess nicht nur die Regeneration von Sinneshaarzellen zu beeinflussen, sondern auch deren Integration mit Nervenzellen zu unterstützen.
„Der Prozess der Reparatur des Gehörs ist ein komplexes Problem und erfordert eine Reihe von zellulären Ereignissen“, sagte White. „Man muss sensorische Haarzellen regenerieren und diese Zellen müssen richtig funktionieren und sich mit dem notwendigen Netzwerk von Neuronen verbinden. Diese Forschung demonstriert einen Signalweg, der durch verschiedene Methoden aktiviert werden kann und einen neuen Ansatz für die Regeneration der Cochlea und letztlich die Wiederherstellung des Hörvermögens darstellen könnte.“