干细胞搭载人工耳蜗生物电极：电刺激引导内耳神经元再生显著提升听觉功能

　　本研究针对螺旋神经节神经元(SGNs)缺失导致人工耳蜗(CI)疗效受限的临床难题，创新性地开发了"耳蜗生物电极(CBe)"技术。通过联合电刺激(ES)与人诱导多能干细胞(hiPSCs)移植，成功引导干细胞穿越骨螺旋板进入SGN区域，使先天性耳聋猪模型SGN数量从6.2±0.92/视野显著增加至129.6±1.61/视野，电诱发听觉脑干反应(EABR)阈值显著降低，为改善CI患者听觉功能提供了突破性治疗方案。

　　

在全球4.66亿听力障碍患者中，重度感音神经性耳聋患者的生活质量受到严重影响。虽然人工耳蜗(cochlear implant, CI)是目前最成功的神经修复装置，但临床上面临着一个关键瓶颈：当患者因遗传性疾病（如Waardenburg综合征）或继发性退化导致螺旋神经节神经元(spiral ganglion neurons, SGNs)大量缺失时，CI的疗效会大打折扣。这是因为SGN的数量和功能状态直接决定了电刺激信号的传导效率。

传统干细胞移植疗法试图通过补充SGN来重建听觉传导通路，但内耳结构的特殊性使得细胞递送异常困难。直接注射干细胞到耳蜗模或蜗管内会造成严重组织损伤，而通过自然孔道移植的干细胞又因聚集效应无法通过骨螺旋板(osseous spiral lamina, OSL)上仅2-20微米的微小开口。这一困境促使研究人员寻找创新的解决方案。

发表在《Stem Cell Research & Therapy》的这项突破性研究，创造性地将干细胞治疗与人工耳蜗技术相结合，开发出"耳蜗生物电极(cochlear-bioelectrode, CBe)"概念。研究团队假设，利用CI电极产生的电刺激(electric stimulation, ES)可能引导干细胞定向迁移，通过自然孔道进入SGN区域，从而实现神经元的有效补充和功能重建。

研究采用来自北京细胞谱生物技术公司提供的人诱导多能干细胞(human induced pluripotent stem cells, hiPSCs)，通过成年女性皮肤成纤维细胞重编程获得，并带有绿色荧光蛋白(GFP)标记。在先天性耳聋的荣昌猪模型（40-120天龄，MITF基因突变致聋）中，研究人员通过圆窗膜将hiPSCs注入耳蜗鼓阶，随后植入经特殊设计的CBe电极阵列。

关键技术方法包括：hiPSCs的培养与鉴定（使用无饲养层培养系统）、荣昌猪耳蜗植入手术、电刺激引导干细胞迁移方案、电诱发听觉脑干反应(EABR)检测、冷冻耳蜗切片HE染色和免疫荧光分析。样本来自36只荣昌小型猪，分为正常听力对照组（10只）、仅电刺激组（10只）和电刺激联合干细胞移植组（16只）。

电刺激引导hiPSCs定向迁移

体外实验发现，电刺激能显著促进hiPSCs向电极阵列定向迁移，迁移速度在50电流水平(CL)时达到峰值(0.007±0.002μm/s)，显著高于无电刺激组的0.004μm/s。实时成像显示细胞在ES作用下发生变形并呈现阿米巴样运动，这为体内实验提供了理论基础。

天然孔道作为细胞递送通道

扫描电镜证实耳蜗分区存在大量天然孔道，粘膜网格状孔隙和骨螺旋板骨隙的直径在1-20微米之间，形成了从鼓阶到SGN区域的天然通道系统。

hiPSCs跨耳蜗分区迁移至SGN区域

在电刺激引导下，移植到鼓阶的hiPSCs成功通过天然孔道进入SGN区域。7天后，ES组中大多数hiPSCs位于SGN区域，而无ES组的干细胞仅停留在前庭阶和鼓阶。细胞计数显示，ES处理3天后细胞数量平均为1911个/视野，7天后降至161个/视野，空间分布从最初主要位于前庭阶+蜗管区域(843个)转变为7天后主要分布在鼓阶(51个)。

hiPSCs获得神经细胞特性

移植后两周，迁移至SGN区域的hiPSCs开始表达神经丝蛋白200(NF200)，形成髓鞘样结构和轴突样纤维突起。GFP阳性细胞平均达129个/视野，其中63.5%的双标细胞呈现神经元特征，虽然细胞体积小于正常SGNs，但已具备基本的神经元形态特征。

SGNs部分恢复

60天龄正常听力荣昌猪SGNs数量平均为727.3个/视野，而同龄突变耳聋猪仅存6.2±0.92个/视野。经hiPSCs移植和ES治疗两周后，处理侧耳SGNs数量显著增加至129.6±1.61个/视野，达到正常水平的17.8%，细胞体积增大，核清晰，细胞间界限明确，与未处理侧耳(9个/视野)形成鲜明对比。

补充的SGNs改善CI性能

电诱发听觉脑干反应(EABR)检测显示，hiPSCs+ES治疗组能诱发出良好的III波和V波，阈值显著降低。使用10号电极刺激时，hiPSCs+ES组的EABR阈值显著低于单独hiPSCs移植组或单独ES组。 across所有刺激电极阵列，hiPSCs+ES组的平均EABR阈值均显著降低，尤其在低频区域效果最佳。

研究结论表明，CBe技术通过整合干细胞治疗与电刺激引导，成功解决了干细胞向内耳靶区递送的难题。电刺激不仅促进hiPSCs定向迁移，还帮助细胞以单细胞形式通过天然孔道，避免了细胞聚集无法通过微小开口的问题。补充的SGNs显著降低了CI刺激阈值，扩展了听力敏感度和动态范围，为改善CI在神经退化患者中的疗效提供了新途径。

该研究的重大意义在于开创了"生物电子医学"新范式，将生物治疗与电子设备完美融合。CBe不仅可用于内耳疾病治疗，其技术原理还可推广至脊髓损伤、阿尔茨海默病等其他神经退行性疾病的治疗领域。

通过在中耳留置"生物治疗材料舱"，CBe实现了干细胞、营养因子和基因编辑载体的重复递送，为神经再生、退行性神经修复、神经功能重建和协同神经修复提供了全面解决方案。这项研究不仅为耳聋治疗带来了新希望，也为生物治疗与电子设备的融合应用开辟了新的道路。