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. Seu novo dispositivo permitiu capturar a biomecânica ao vivo dos notáveis poderes auditivos da cóclea, incluindo sensibilidade excepcional, afinação de frequência precisa e a capacidade de codificar uma ampla gama de intensidades sonoras.
“Agora podemos observar os primeiros passos do processo de audição de uma maneira controlada que era anteriormente impossível,” diz Francesco Gianoli, co-primeiro autor e bolsista de pós-doutorado no laboratório de Hudspeth.
Descrito em dois artigos recentes (na PNAS e na Hearing Research, respectivamente), a inovação é um produto de cinco décadas de trabalho de Hudspeth desvendando os mecanismos moleculares e neurais da audição — insights que abriram novos caminhos 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 um quarto de século.
“Este estudo é uma obra-prima,” diz o biofísico Marcelo Magnasco, chefe do Laboratório de Neurociência Integrativa na Rockefeller, que colaborou com Hudspeth em algumas de suas descobertas seminais. “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 — embutido no osso mais denso do corpo — tornaram difícil estudá-lo em ação.
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 é coberta por algumas centenas de “fios” finos, 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 então interpretar.
Está bem documentado que, em insetos e animais não vertebrados — como os rãs touros estudadas no laboratório de Hudspeth — um fenômeno biofísico conhecido como bifurcação de Hopf é chave para o processo de audição. A bifurcação de Hopf descreve uma espécie de instabilidade mecânica, um ponto de virada entre a completa imobilidade e oscilações. Nesse ponto crítico, até o som mais fraco inclina o sistema em movimento, permitindo amplificar sinais fracos muito além do que seria registrado de outra forma.
No caso da cóclea da rã touro, a instabilidade está nos feixes das células ciliadas sensoriais, que estão sempre prontas para detectar ondas sonoras. Quando essas ondas atingem, as células ciliadas se movem, amplificando o som em um processo 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 mamífera tem sido um tema 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 mamífera em tempo real e em um nível de detalhe maior do que nunca.
Um fragmento de espiral
Para fazer isso, os pesquisadores recorreram à cóclea de gerbil, cuja audição está em uma faixa similar à dos humanos. Eles excisaram fragmentos não maiores que 0,5 mm do órgão sensorial, na região da cóclea que capta a faixa média de frequências. Eles cronometraram sua excisão para um momento de desenvolvimento em que a audição do gerbil está madura, mas a cóclea ainda não se fundiu totalmente ao denso osso temporal.
Colocaram um fragmento de tecido dentro de uma câmara projetada para reproduzir o ambiente de vida do tecido sensorial, incluindo banhá-lo continuamente em líquidos ricos em nutrientes chamados endolinfa e perilinfa e mantendo sua temperatura e voltagem nativas. A chave para o desenvolvimento deste dispositivo personalizado foram Brian Fabella, um especialista em pesquisa no laboratório de Hudspeth, e o engenheiro de instrumentação Nicholas Belenko, do Centro de Recursos de Instrumentação de Precisão Gruss Lipper da Rockefeller.
Em seguida, começaram a reproduzir sons por meio de um pequeno alto-falante e observaram a resposta.
Descobrindo um princípio biofísico
Entre os processos que testemunharam estavam como a abertura e 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 por meio de um processo chamado eletromotilidade.
“Podíamos ver em detalhes finos o que cada parte do tecido está fazendo em nível subcelular,” diz Gianoli.
“Este experimento exigiu um nível extraordinário de precisão e delicadeza,” observa Magnasco. “Há uma fragilidade mecânica e uma vulnerabilidade eletroquímica em jogo.”
Importante, eles observaram que a chave para o processo ativo era de fato uma bifurcação de Hopf — o ponto crítico que transforma a instabilidade mecânica em amplificação sonora. “Isso mostra que a mecânica da audição em mamíferos é notavelmente similar ao que foi observado em todo o biosfera,” diz o co-primeiro autor Rodrigo Alonso, um associado de pesquisa no laboratório.
Um dispositivo que poderia levar a tratamentos futuros
Os cientistas antecipam que a experimentação utilizando a cóclea ex vivo melhorará sua compreensão da audição e, esperançosamente, apontará para melhores terapias.
“Por exemplo, agora seremos capazes de perturbar farmaceuticamente o sistema de uma maneira muito direcionada que nunca foi possível antes, como focar em células específicas ou interações celulares,” diz Alonso.
Há uma grande necessidade no campo de novas potenciais terapias. “Até agora, nenhum medicamento foi aprovado para restaurar a audição em perdas sensorioneurais, e uma razão para isso é que ainda temos uma compreensão mecanicista incompleta 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.”
A Hudspeth achou os resultados profundamente gratificantes, acrescenta Magnasco. “Jim estava trabalhando nisso há mais de 20 anos, e é uma conquista culminante para uma carreira notável.”
