Pouco antes de sua morte em agosto de 2025, A. James Hudspeth e sua equipe do Laboratório de Neurociência Sensorial da Universidade Rockefeller alcançaram um avanço tecnológico revolucionário: a capacidade de manter um pequeno fragmento da cóclea vivo e funcional fora do corpo pela primeira vez. O novo dispositivo desenvolvido por eles permitiu capturar a biomecânica viva das notáveis capacidades auditivas da cóclea, incluindo sensibilidade excepcional, afinação de frequência precisa e a capacidade de codificar uma ampla faixa de intensidades sonoras.
“Agora podemos observar os primeiros passos do processo auditivo de uma maneira controlada que antes era impossível,” afirma Francesco Gianoli, co-primeiro autor e pós-doutorando no laboratório de Hudspeth.
Descrevendo a inovação em dois artigos recentes (publicados na PNAS e Hearing Research, respectivamente), o trabalho é um produto de cinco décadas de pesquisas de Hudspeth que iluminaram os mecanismos moleculares e neurais da audição – conhecimentos que abriram novas possibilidades para prevenir ou reverter a perda auditiva.
Com esse avanço, os pesquisadores também forneceram evidências diretas de um princípio biofísico unificador que governa a audição em todo o reino animal, um tema que Hudspeth investigou por mais de 25 anos.
“Este estudo é uma obra-prima,” diz Marcelo Magnasco, biólogo físico e chefe do Laboratório de Neurociência Integrativa da Rockefeller, que colaborou com Hudspeth em algumas de suas descobertas seminal. “No campo da biofísica, é um dos experimentos mais impressionantes dos últimos cinco anos.”
A mecânica da audição
Embora a cóclea seja uma maravilha da engenharia evolutiva, alguns de seus mecanismos fundamentais permaneceram ocultos por muito tempo. A fragilidade e a inacessibilidade do órgão – inserido no osso mais denso do corpo – tornaram difícil o estudo de seu funcionamento.
Esses desafios frustraram há muito os pesquisadores da audição, pois a maioria das perdas auditivas resulta de danos a receptores sensoriais chamados células ciliadas que revestem a cóclea. O órgão possui cerca de 16.000 dessas células ciliadas, assim chamadas porque cada uma delas é coroada por algumas centenas de finos “filamentos”, ou estereocílios, que os primeiros microscopistas compararam a cabelo. Cada feixe é uma máquina ajustada que amplifica e converte vibrações sonoras em respostas elétricas que o cérebro pode interpretar.
Está bem documentado que, em insetos e animais não vertebrados – como os rãs touro estudadas no laboratório de Hudspeth – um fenômeno biofísico conhecido como bifurcação de Hopf é fundamental para o processo auditivo. A bifurcação de Hopf descreve um tipo de instabilidade mecânica, um ponto de virada entre a completa imobilidade e oscilações. Neste ponto extremo, até o som mais fraco faz com que o sistema comece a se mover, permitindo amplificar sinais fracos além do que normalmente seria detectável.
No caso da cóclea da rã touro, a instabilidade está nos feixes das células ciliadas sensoriais, que estão sempre prontas para detectar ondas sonoras que se aproximam. Quando essas ondas atingem, as células ciliadas se movem, amplificando o som no que é chamado de processo ativo.
Em colaboração com Magnasco, Hudspeth documentou a existência da bifurcação de Hopf na cóclea da rã touro em 1998. Se ela existe na cóclea dos mamíferos tem sido um assunto de debate no campo desde então.
Para responder a essa pergunta, a equipe de Hudspeth decidiu que precisava observar o processo ativo em uma cóclea de mamífero em tempo real e com um nível de detalhe sem precedentes.
Um pedaço de espiral
Para isso, os pesquisadores recorreram à cóclea de gerbos, cujo alcance auditivo está em uma faixa semelhante ao dos humanos. Eles excisaram fragmentos que não ultrapassavam 0,5 mm do órgão sensorial, na região da cóclea que capta a faixa média de frequências. O momento da excisão foi escolhido para coincidir com um estágio de desenvolvimento em que a audição do gerbo é madura, mas a cóclea ainda não se fundiu completamente ao denso osso temporal.
Colocaram um fragmento de tecido em uma câmara projetada para reproduzir o ambiente vivo do tecido sensorial, incluindo um banho contínuo em líquidos ricos em nutrientes chamados endolinfa e perilinfa, além de manter sua temperatura e voltagem nativas. O desenvolvimento deste dispositivo personalizado contou com a contribuição de Brian Fabella, um especialista em pesquisa no laboratório de Hudspeth, e do engenheiro de instrumentação Nicholas Belenko, do Centro de Tecnologias de Instrumentação de Precisão Gruss Lipper da Rockefeller.
Então, começaram a reproduzir sons através de um pequeno alto-falante e observaram a resposta.
Descobrindo um princípio biofísico
Entre os processos que testemunharam estava como a abertura e o fechamento de canais iônicos nos feixes de cabelo adicionam energia às vibrações induzidas pelo som, amplificando-as, e como as células ciliadas externas se alongam e se contraem em resposta a mudanças de voltagem através de um processo chamado electromotilidade.
“Podíamos ver em detalhes finos o que cada parte do tecido estava fazendo em nível subcelular,” diz Gianoli.
“Este experimento exigiu um nível extraordinário de precisão e delicadeza,” observa Magnasco. “Há tanto fragilidade mecânica quanto vulnerabilidade eletroquímica em jogo.”
Importante, eles observaram que a chave para o processo ativo era de fato uma bifurcação de Hopf – o ponto de virada que transformou a instabilidade mecânica em amplificação sonora. “Isto mostra que a mecânica da audição em mamíferos é notavelmente semelhante ao que foi observado em todo o biosfera,” diz Rodrigo Alonso, co-primeiro autor e associado de pesquisa no laboratório.
Um dispositivo que pode levar a tratamentos futuros
Os cientistas esperam que a experimentação utilizando a cóclea ex vivo melhore sua compreensão sobre a audição e, esperançosamente, aponte para melhores terapias.
“Por exemplo, agora poderemos perturbar o sistema farmacologicamente de uma maneira muito direcionada que nunca foi possível antes, como focar em células específicas ou interações celulares,” afirma Alonso.
Há uma grande necessidade no campo por novas terapias potenciais. “Até agora, nenhum medicamento foi aprovado para restaurar a audição na perda sensorioneural, e uma razão para isso é que ainda temos uma compreensão incompleta dos mecanismos do processo ativo da audição,” diz Gianoli. “Mas agora temos uma ferramenta que podemos usar para entender como o sistema funciona, como e quando ele falha – e, esperançosamente, pensar em maneiras de intervir antes que seja tarde demais.”
Hudspeth considerou os resultados profundamente gratificantes, acrescenta Magnasco. “Jim esteve trabalhando nisso por mais de 20 anos, e é uma conquista coroa para uma carreira notável.”
