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La primera autoría se indica en negrita. El autor de correspondencia se marca con *.
Alonso R and Gianoli F, Fabella B, Hudspeth AJ (2025).
Amplification through Local Critical Behavior in the Mammalian Cochlea. Proceedings of the National Academy of Sciences.
DOI: 10.1073/pnas.2503389122A diferencia de otros órganos sensoriales, el oído invierte energía para amplificar las mismas vibraciones que detecta. Este “proceso activo” dota a la cóclea de una sensibilidad excepcional, un afinado espectral muy fino y un amplio rango dinámico, pero su funcionamiento sigue siendo difícil de desentrañar. Hasta ahora, la fragilidad y la inaccesibilidad de la cóclea han limitado los estudios in vivo, donde los fenómenos globales enmascaran la dinámica local. En este trabajo presentamos una nueva preparación que preserva el proceso activo ex vivo en un segmento coclear. Mostramos que el proceso activo opera de forma local y que el epitelio sensorial trabaja cerca de un régimen crítico asociado a una bifurcación de Hopf. Este resultado revela un principio biofísico unificador que sustenta la audición en insectos, vertebrados no mamíferos y mamíferos por igual.
Gianoli F*, Alonso R, Fabella B, Hudspeth AJ (2025).
Toward an ex vivo preparation for studies of the cochlear active process in mammals. Hearing Research.
DOI: 10.1016/j.heares.2025.109288Una de las principales dificultades para estudiar los mecanismos internos del oído ha sido siempre la fragilidad y la escasa accesibilidad de la cóclea de mamífero. En este artículo desarrollamos la LIVE chamber, una cámara biológica diseñada a medida que recrea el entorno fisiológico del oído interno y, al mismo tiempo, ofrece acceso experimental al epitelio sensorial. Combinada con un nuevo protocolo de disección que preserva el proceso activo ex vivo, esta metodología demuestra que un segmento coclear de gerbo aislado puede reproducir comportamientos clave observados en oídos sanos in vivo. Mostramos que estas observaciones coinciden con las esperadas para un sistema dinámico que opera cerca de una bifurcación de Hopf.
Gianoli F*, Alonso R, Fabella B, Hudspeth AJ (2024).
Toward an ex vivo preparation to study the cochlear active process in mammals. Mechanics of Hearing Workshop 2024 (MOH 2024), Ann Arbor, Michigan, USA. Zenodo.
DOI: 10.5281/zenodo.13311903
“Toward an in Vitro Preparation to Study the Cochlear Active Process of Mammals”. Zenodo, August 13, 2024.Artículo de congreso revisado por pares presentado en el Mechanics of Hearing Workshop 2024 (MOH 2024), Ann Arbor, Michigan, USA.
Gianoli F, Hogan B, Dilly É, Risler T, Kozlov AS (2022).
Fast adaptation of cooperative channels engenders Hopf bifurcations in auditory hair cells. Biophysical Journal.
DOI: 10.1016/j.bpj.2022.02.016Partiendo de un modelo de compuertas cooperativas, incorporamos la cinética de unión de Ca²⁺ para mostrar que los canales de mecanotransducción de las células ciliadas pueden oscilar espontáneamente mediante bifurcaciones de Hopf a frecuencias de kilohercios. El modelo utiliza únicamente el gradiente electroquímico de Ca²⁺ como fuente de energía y las interacciones entre canales mediadas por la membrana para impulsar este proceso activo. Al unificar la adaptación rápida y la cooperatividad entre canales en un marco común, el estudio ofrece una explicación mecanicista de la amplificación de alta frecuencia por la motilidad del haz de estereocilios en el oído interno.
Abeytunge S and Gianoli F, Hudspeth AJ, Kozlov AS (2021).
Rapid mechanical stimulation of inner-ear hair cells by photonic pressure. eLife.
DOI: 10.7554/eLife.65930Las técnicas disponibles hasta ahora para estimular mecánicamente las células ciliadas, ya sea mediante una sonda de vidrio accionada por un piezoeléctrico o mediante un chorro de fluido, están limitadas por el arrastre viscoso y resultan demasiado lentas para alcanzar las escalas temporales fisiológicas de la audición en mamíferos. La idea central de este trabajo fue utilizar la presión de la luz para sortear esta limitación y desarrollar un método capaz de aplicar fuerzas a las células ciliadas a sus frecuencias fisiológicas. Cuando pulsamos una tecla del teclado, la onda de presión que se propaga por el aire alcanza unos 20 μPa, apenas una diezmil-millonésima de la presión atmosférica, y sin embargo la oímos. No sorprende, por tanto, que la presión fotónica generada por un haz láser sea suficiente para mover los haces de estereocilios del oído, extremadamente sensibles (de rigidez aproximada 1 pN/nm).
Gianoli F, Risler T, Kozlov AS (2019).
The Development of Cooperative Channels Explains the Maturation of Hair Cell’s Mechanotransduction. Biophysical Journal.
DOI: 10.1016/j.bpj.2019.08.042Combinando datos electrofisiológicos con un modelo de compuertas cooperativas, este estudio muestra que la agrupación progresiva de los canales de mecanotransducción en los enlaces apicales durante el desarrollo agudiza la mecanosensibilidad y reduce el rango operativo de los haces de estereocilios. El modelo reproduce de forma cuantitativa los cambios observados en las curvas de probabilidad de apertura y en la cinética de adaptación. Al identificar la cooperatividad entre canales como mecanismo clave de la maduración de las células ciliadas, el trabajo propone una explicación unificadora de los cambios de sensibilidad auditiva durante el desarrollo.
Gianoli F (2018).
The GATE-spring theory: a new model of mechanotransduction in auditory hair cells. Doctoral dissertation, Imperial College London.
DOI: 10.25560/78841En esta tesis amplío el marco clásico del “gating-spring” incorporando los efectos de la bicapa lipídica y la cooperatividad de canales emparejados por enlace apical. De este modo se resuelven inconsistencias estructurales de modelos anteriores y se aclara el papel de la membrana en la mecanosensibilidad.
Gianoli F, Risler T, Kozlov AS (2017).
Lipid bilayer mediates ion-channel cooperativity in a model of hair-cell mechanotransduction. Proceedings of the National Academy of Sciences.
DOI: 10.1073/pnas.1713135114En este artículo desarrollamos un nuevo modelo teórico de mecanosensibilidad auditiva en células ciliadas, abordando un problema abierto desde hacía más de treinta años en el clásico “gating-spring model” de mecanotransducción, que exigía un cambio estructural poco realista del canal iónico al abrirse. El modelo explica diversas propiedades observadas en células ciliadas de mamífero al incorporar el papel funcional de los lípidos y la cooperatividad entre canales, ahora temas centrales en el campo.