科学家们研发出一种更高效、可控的实验室培育内耳毛细胞的新方法，其效率和可控性均优于现有方法，为听力损失研究提供了新工具。
这项研究以 “已评审预印本” 形式发表于 eLife 期刊， 编辑们评价该研究 “意义重大”，加深了我们对诱导人类干细胞分化为类毛细胞相关因素的理解，并指出研究结论的证据具有说服力。
全球有数亿人受听力损失困扰，这通常是由内耳感觉毛细胞的缺失引起的。这种特殊细胞能将声音振动转化为电信号并传递给大脑，却可能因噪声暴露、特定药物、感染或衰老而受损。在人类体内，毛细胞一旦死亡便无法再生，因此听力损失往往不可逆。
由于人类真实毛细胞难以获取，且实验室模型效率低下，相关干预研究一直受限。
研究团队在早期工作中发现，四种转录因子（Six1、Atoh1、Pou4f3 和 Gfi1，合称 SAPG）可将小鼠细胞重编程为类毛细胞。但该方法依赖病毒递送，在一致性和规模化应用方面存在挑战。
携带强力霉素诱导的SIX1、ATOH1、POU4F3和GFI1的稳定人类诱导多能干细胞（iPS）系，能够促进毛细胞转录因子的强效诱导。
“我们之前的小鼠研究中，通过逆转录病毒递送四种 SAPG 基因，成功将细胞重编程为类毛细胞，” 研究第一作者、美国南加州大学凯克医学院再生医学与干细胞研究中心博士后研究员 Robert Rainey 解释道，“但病毒递送存在明显缺陷：难以控制基因表达的时机和水平，还会引入变异性，导致规模化应用或跨系统稳定使用变得困难。因此我们希望开发一种更高效、能在人类细胞中稳定发挥作用的方法。”
Rainey 及其团队构建了一种稳定的人类干细胞系，该细胞系携带受多西环素诱导的 SAPG 转录因子。通过在培养液中添加抗生素多西环素，可实现对重编程过程的精确控制。为追踪细胞何时开始呈现毛细胞特征，他们还引入了荧光报告基因，该基因会随着重编程的推进而启动表达。
添加多西环素后，研究团队在 3 天内就观察到了重编程的初步迹象。到第 7 天，约 35% 至 40% 的细胞表达了 MYO7A、MYO6、POU4F3 等关键毛细胞基因标志物。与之前的病毒法相比，效率提升超 19 倍，且时间缩短了一半。
随后，团队通过单细胞 RNA 测序分析重编程细胞的基因表达模式，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。尽管未明确分化为耳蜗（与听觉相关）或前庭（与平衡相关）亚型，但两种亚型的标志物均有表达。这表明该方法培育出的细胞与未成熟（发育早期）人类毛细胞高度相似。
研究人员还测试了重编程细胞的电生理特性，以验证其与真实毛细胞的相似度。通过膜片钳记录发现，这些细胞存在多种电压门控离子电流 —— 这种由带电粒子跨细胞膜移动产生的电信号，是毛细胞检测和响应声音的关键 —— 其中部分电流与发育中的人类毛细胞一致。
“这种方法相比病毒递送系统有诸多优势。我们通过添加短时多西环素脉冲，就能精确控制重编程的启动和终止，且适用于标准的二维细胞培养，” 通讯作者 Andrew Groves 表示（研究期间他任美国得克萨斯州贝勒医学院神经科学与分子及人类遗传学系教授，现为首尔大学医学院发育生物学系主任），“加之无需病毒递送，这些特点使该方法更易于规模化，也更适用于未来的各类研究 —— 无论是模拟人类内耳发育、研究听力损失机制，还是筛选保护性药物。”
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