背景介绍：

    内耳是感知声音和平衡的器官。耳蜗是内耳中主管听觉的装置，因形似盘旋的蜗牛而得名。耳蜗内的螺旋器，即柯蒂氏器，由支持细胞（SCs）和毛细胞（HCs）等组成，是感知声音输入的主要部分。它与支配的听神经协同作用，共同将声音信号传入听觉皮层。耳蜗中的毛细胞和支持细胞从共同的祖细胞中分化出来。过往内耳发育生物学聚焦于细胞内部的基因调控命运的转变，近期微环境因素和细胞外基质（ECM）生成的机械力逐渐被认识为驱动内耳发育的另一个重要因素。有报道称机械力有助于塑造耳蜗感觉上皮的排列，并且在内耳发育过程中，HCs和SCs在组织表面具有不同的机械特性。尽管机械力的作用备受关注，但内耳机械信号的起源及其对内耳细胞命运决定的分子机制仍有待深入研究。

    本文是2023年11月3日发表在《Science Advances》上的文章，该成果是由复旦大学附属眼耳鼻喉科医院李文妍研究员、李华伟教授课题组与浙江大学机械工程学院贺永教授课题组合作完成的。研究者借助内耳类器官模型，建立了机械力可控的复合水凝胶体系，揭示了细胞外基质机械应力为内耳感觉上皮发生的驱动力。

科学问题：

    细胞外基质（ECM）产生的机械力是否是驱动内耳发育的重要因素？其在内耳感觉上皮生成中起到的具体作用是什么？

    受到样品和技术条件的限制，基质细胞外机械力与感觉上皮生成之间的关系仍然知之甚少。内耳类器官是研究内耳发育的重要模型。在类器官体外培养过程，可以通过改变空间支持，ECM成分和微环境机械力等方法来模拟内耳发育的微环境，解析机械对内耳发育的调控机制。

内容简述：

    本研究首先构建了一种刚度可调的明胶甲基丙烯酰 (GelMA)–HA-Arg-Gly-Asp (RGD) 水凝胶系统，用于人工耳蜗类器官的培养。为了研究ECM和机械力在内耳发育过程中感觉上皮形成中的作用，作者将耳蜗上皮的发育过程与刚度位移水凝胶系统中耳蜗类器官形成的阶段相关联。通过调节GelMA浓度，他们研究了在0.2至8.5 kPa的不同刚度范围内，ECM和机械力如何影响耳蜗祖细胞（CPC）分化而来的类器官。

图1. 用于构建耳蜗类器官的机械可调基质系统的设计

图2. 水凝胶中的耳蜗类器官模仿耳蜗感觉上皮的动态形成

图3. 中等刚度的机械力调控感觉前上皮细胞的扩增

图4. 较高刚度的机械力调控内耳前体细胞分化为毛细胞

图5. 3D打印的螺旋耳蜗类器官

总结与启示：

    本研究建立了刚度可调的复合水凝胶体系，利用耳蜗类器官系统，解析了调控感觉上皮细胞增殖和分化的机制。这项研究为体外培养系统开辟了新途径，通过调节系统的机械特性来更好地操纵干细胞/祖细胞的命运。此外，本研究还结合了3D打印技术构建了高度类似内耳感觉上皮的耳蜗类器官，这一技术的开发使得内耳类器官不再停留在以往的封闭囊状结构，推动了内耳类器官的结构化。

作者简介：

李文妍，复旦大学附属眼耳鼻喉科医院主任医师、研究员。主要研究基因重编程策略调控内耳干细胞增殖与分化。

李华伟，复旦大学附属眼耳鼻喉科医院主任医师、教授。主要研究听觉损伤和修复的神经机制。

贺永，浙江大学机械工程学院教授。主要进行增材制造（3D打印）、生物制造（组织工程）医疗器械等研究。

原文索引：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adf2664

注：本文仅为作者个人解读，如有纰漏，请参照原文。

撰文：王韵萱

审核：章梅

编辑：成美君