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空軍總醫(yī)院周巖博士帶您探秘重塑聽覺

來源:空軍總醫(yī)院作者:周巖責任編輯:張曦晛
2016-01-23 10:21

很少有人去爭論“是否應該修復視覺?”,而對于聽覺修復的態(tài)度——則充滿著曖昧?!岸@”文化支持者們的態(tài)度其實很積極——面對人生很積極。他們認為“聽不到東西”不是問題。但這……也是一個很有趣的問題:“用積極來面對無奈……”的同時,告訴我們“修復聽覺的科學道路充滿著荊棘”。

聽力喪失的最大原因是毛細胞的損傷或缺失。這個毛細胞是一個生物力學中介,負責將聲音轉(zhuǎn)換成電信號。和魚鳥不同,哺乳動物的毛細胞死亡后無法再生。這就給科學家們提出了個任務——如何開發(fā)一種精妙的新方法來替代或是創(chuàng)造出一個完整的、嶄新的毛細胞?如果想利用生物學方式來生成新的毛細胞,那么可能有兩種修復方法:一為干細胞,另一為基因治療。這兩種方法都是最前沿的研究領(lǐng)域。但是,“前沿”也意味著“不確定的艱難”。隨著工程學方法的蓬勃發(fā)展和不斷更新,工程學家發(fā)現(xiàn)耳蝸植入體可繞過毛細胞再生的障礙。

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首先,讓我們來粗略看看生物學方法。

干細胞具有可塑性和可控性。也就是說,只要能找到正確的“哄騙”方法,這些干細胞就可被勸服并變成科學家們所期望的各種細胞,包括聽覺毛細胞。斯坦福大學的一個團隊試圖在”盤子”里(培養(yǎng)皿)制造毛細胞樣細胞,他們所使用的干細胞來源于小鼠的胚胎。將干細胞放置在一個高度特異性的生物環(huán)境中,并最終制造出了不成熟毛細胞——一團擁有纖毛突起的細胞簇——當它們被觸摸時,可以產(chǎn)生電信號。雖然充滿了希望,但仍有一個鴻溝橫梗于科學家面前——“盤子”里的小鼠細胞和健康人耳的毛細胞之間的巨大差異。

于是,科學家們想出了另一個辦法來試圖跨越這個鴻溝——使用來源于成人嗅細胞的干細胞。通俗的說,就是用鼻子細胞來修復耳朵細胞。鼻粘膜上皮細胞層是一個很神奇的組織,擁有令人驚訝的創(chuàng)造能力,因而這是天然的干細胞資源庫。先采集這些細胞,然后將它們移入喪失聽力的小鼠耳內(nèi)。一個月后,科學家們發(fā)現(xiàn)了驚奇的效果,這些小鼠的聽力恢復程度要遠遠好于對照組(也就是未接受干細胞移植的小鼠)。雖然這些新的干細胞并沒有整合進入耳蝸組織內(nèi),但是它們?yōu)闅埓娴拿毎峁┝舜_確實實、有益處的生物信號。這為干細胞的研究帶來了一個新的價值觀——干細胞也可用于制造“支持”細胞,而不一定要死抱著“替代”不放。

而基因治療使用的卻是另一種完全不同的方法——制造毛細胞。形如其名,這種治療方法的所有因素都和基因有關(guān)。如同所有的偉大構(gòu)想,基因治療確確實實很簡單——找到目的基因,然后孤立、擴增,最后將它傳送到需要的地方。應用哺乳動物基因修復聽覺的基因治療,我們稱之為ATOH1(無調(diào)性同源物質(zhì)1)。正常情況下,這個基因能產(chǎn)生一種蛋白,我們稱之為“轉(zhuǎn)錄因子”。這種蛋白能開啟或關(guān)閉其他基因。之所以能受到如此關(guān)注,是因為ATOH1在制造某一類型細胞中起到了至關(guān)重要的作用,包括毛細胞??茖W家們相信,在內(nèi)耳的人工修復中,ATOH1應當可以創(chuàng)造出一個合適的環(huán)境,刺激毛細胞發(fā)展的新浪潮。

將準確數(shù)量的基因傳送到準確的位置,這本身就是一種藝術(shù)。這種科學藝術(shù)要想實現(xiàn),在很大程度上需依賴于一種特殊的工程材料——減毒病毒。這似乎很讓人驚訝,可確實如此——病毒扮演著一個完美的“快遞小哥”的角色:與人類高適應度共存,可以自我復制,而且想要什么基因就能產(chǎn)生什么基因,并且是高濃縮的。如果這種生物方式能實現(xiàn)并服務于人類,那么修復聽力最終將成為“例行公事”。

最后,讓我們了解了解“人工耳蝸”。

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在聽覺修復的艱難旅程里,工程學的終極靶標就是——人工耳蝸植入。這完全不同于助聽器,人工耳蝸植入可將聲音傳送給那些完全耳聾的人,不論是先天的還是繼發(fā)的。這個裝置的外部設備安放在耳后,由一個麥克風和語音處理器構(gòu)成。人類語言所產(chǎn)生的聲音被賦予了優(yōu)先處理權(quán)。在語音處理器的內(nèi)部,先過濾掉一些無關(guān)緊要的頻率(比如風聲),然后導向歸航人聲中的絕大多數(shù)信息。一旦分析完畢,結(jié)果信息就會被傳遞至埋置于皮膚下的接收機,進一步將聲音信息轉(zhuǎn)化成電脈沖。如同視網(wǎng)膜植入體,周圍環(huán)境中某一個點的信息,不論是光還是聲音,都會被轉(zhuǎn)換成更多的腦電脈沖,以供大腦識別。

這些電信息最終被分流至人工耳蝸的核心元件——一個埋置于耳蝸內(nèi)的微小電極陣列。這個核心元件接收到所有的電脈沖后,直接刺激聽神經(jīng)的不同部位,這樣就完全徹底的繞開了毛細胞。盡管這個小裝置仍然不能享受完整的聲音、美妙的音樂,但是這項技術(shù)能讓失聰?shù)娜烁兄礁嗟沫h(huán)境信息,尤其重要的是——其他人的聲音。

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