O epitélio sensorial responsável pela audição está organizado da forma mais precisa e mi- nuciosa entre todos os tecidos no corpo (Figura 23-13). Suas células sensoriais, as células pilosas auditivas, estão retidas em uma estrutura rígida de células de sustentação e cobertas por uma massa de matriz extracelular (a membrana tectória), em uma estrutura chamada de
órgão de Corti. As células pilosas convertem estímulos mecânicos em sinais elétricos. Cada
uma tem um arranjo característico em forma de órgão de tubos de microvilosidades gigan- tes (chamadas de estereocílios) que se sobressaem de sua superfície como bastões rígidos, preenchidos com uma trama de filamentos de actina, e dispostos em fileiras por ordem de altura. As dimensões de cada uma destas fileiras são especificadas com uma exatidão extra- ordinária, de acordo com a localização da célula pilosa no ouvido e a frequência de som à qual ela tem que responder. As vibrações sonoras balançam o órgão de Corti, fazendo o feixe de estereocílios inclinar (Figura 23-14) e, mecanicamente, abrir ou fechar canais de íons na
Membrana basilar Fibras do nervo Células de sustentação Membrana tectória
(A) Estereocílios (B) Células pilosas externas Célula pilosa interna 5 m Figura 23-13 Células pilosas auditi-
vas. (A) Um corte transversal esquemá- tico do aparelho auditivo (o órgão de Corti) no ouvido interno de um mamí- fero mostra as células pilosas auditivas sustentadas em uma elaborada estru- tura epitelial de células de sustentação e cobertas por uma massa de matriz extracelular (a membrana tectória). O epitélio que contém as células pilosas assenta-se sobre a membrana basilar – um folheto de tecido fino e elástico que forma um tabique longo e estreito de separação entre dois canais preenchi- dos de fluido. O som provoca ondas de pressão nestes canais e faz a membrana basilar vibrar para cima e para baixo. (B) Esta eletromicrografia de varredura mostra a superfície apical de uma célula pilosa auditiva externa, com o arranjo característico em forma de órgão de tubos de microvilosidades gigantes (estereocílios). As células pilosas inter- nas, das quais há somente 3.500 em cada ouvido humano, são os principais receptores auditivos. Acredita-se que as células pilosas externas, aproxima- damente quatro vezes mais numerosas, formem parte de um mecanismo de retroalimentação que regula o estímulo mecânico liberado para as células pi- losas internas. (B, de J. D. Pickles, Prog. Neurobiol. 24:1-42, 1985. Com permis- são de Elsevier.)
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membrana dos estereocílios (Figura 23-15). O fluxo de cargas elétricas transportado para dentro da célula pelos íons altera o potencial de membrana e, desse modo, controla a libe- ração de neurotransmissores na porção basal da célula, onde a célula faz sinapse com uma terminação nervosa.
Figura 23-14 Como um movimento relativo da matriz extracelular que recobre os estereocílios (a membrana tectória) inclina os estereocílios das células pilosas auditivas no órgão de Corti, no ouvido interno de um mamí- fero. Os estereocílios comportam-se como bastões rígidos, dobráveis na base e formando um feixe nas pontas.
SOM CAUSA VIBRAÇÃO DA MEMBRANA BASILAR Membrana tectória Membrana basilar Estereocílios (B) (A) Canal
fechado abertoCanal
FEIXE NÃO-
-INCLINADO INCLINADOFEIXE
100 nm Figura 23-15 Como funciona uma célula pilosa sensorial. (A) A célula funciona como um transdutor, gerando um sinal elétrico em resposta às vibrações sonoras que balançam o órgão de Corti e, assim, fazem os estereocílios inclinarem-se. Um filamento fino passa mais ou menos verticalmente por cima da ponta de cada estereocílio menor para ligá-lo a um ponto mais elevado em seu vizinho adjacente mais alto. A inclinação do feixe faz tensão sobre os filamentos, que distendem mecanicamente o “portão” dos canais de íons na membrana dos estereocílios. A abertura desses canais permite um influxo de carga positiva, despolari- zando a célula pilosa. (B) Uma eletromicrografia dos filamentos que se estendem do alto de dois estereocílios. Cada filamento consiste, ao menos em parte, em membros de moléculas de adesão célula-célula da superfamília das caderinas. Indivíduos mu- tantes que carecem destas caderinas específicas não têm os filamentos e são surdos.
Por medidas automáticas extraordinariamente delicadas, correlacionadas a registros elétricos de uma única célula pilosa quan- do o feixe de estereocílios é desviado pelo toque com uma sonda de vidro flexível, é possível detectar um “ceder” extra do feixe, produzido mecanicamente pela força aplicada, e os canais puxados são abertos. Dessa maneira, pode ser mostrado que a força ne- cessária para abrir um único desses canais hipotéticos é de cerca de 2 × 10–13 newtons e que seu “portão” se move a uma distância
de cerca de 4 nm quando ele se abre. O mecanismo é espantosamente sensível: calcula-se que os sons mais fracos que podemos ouvir estendem os filamentos por uma média de 0,04 nm, o que está quase abaixo da metade do diâmetro de um átomo de hidro- gênio. (B, de B. Kachar et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 97:13336-13341, 2000. Com permissão da National Academy of Sciences.)
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Nos humanos e em outros mamíferos, as células pilosas auditivas, ao contrário dos neu- rônios olfatórios, têm que durar a vida toda. Caso sejam destruídas por doenças, toxinas ou ruído excessivamente alto, elas não são regeneradas, e a perda de audição resultante é per- manente. Porém, em outros vertebrados, quando células pilosas auditivas são destruídas, as células de sustentação são acionadas para que se dividam e comportem-se como células- -tronco, gerando uma progênie de células que podem se diferenciar como substitutas das células pilosas que foram perdidas. Com melhor compreensão de como este processo de regeneração é regulado, um dia poderemos ser capazes de induzir o epitélio auditivo a se recuperar por si próprio também em humanos.
Até aqui, é conhecido um tratamento que pode produzir a regeneração parcial das cé- lulas pilosas auditivas em um mamífero adulto. A técnica utiliza um vírus (um adenovírus) construído para conter uma cópia do gene Atoh1, que codifica para uma proteína reguladora de gene conhecida por guiar a diferenciação de células pilosas durante o desenvolvimento. Porquinhos da Índia que foram ensurdecidos por exposição a uma toxina que destrói células pilosas podem ser tratados por injeções com esta construção viral dentro do ouvido lesio- nado. Então, muitas das células de sustentação sobreviventes tornam-se infectadas com a construção viral e expressam Atoh1. Isto as converte em células pilosas funcionais, e o ani- mal recupera parcialmente sua audição no ouvido tratado.