Various methods exist for introducing ototoxic agents to the cochleae of animal models. Presented is a surgical protocol for delivery of ototoxic agents to the round window niche. The procedure is reliable, creates targeted intra-cochlear lesions, and avoids mechanical damage to the microarchitecture. Examination of cochlear self-repair/regeneration is possible.
Investigators have utilized a wide array of animal models and investigative techniques to study the mammalian auditory system. Much of the basic research involving the cochlea and its associated neural pathways entails exposure of model cochleae to a variety of ototoxic agents. This allows investigators to study the effects of targeted damage to cochlear structures, and in some cases, the self-repair or regeneration of those structures. Various techniques exist for delivery of ototoxic agents to the cochlea. When selecting a particular technique, investigators must consider a number of factors, including the induction of inadvertent systemic toxicity, the amount of cochlear damage produced by the surgical procedure itself, the type of lesion desired, animal survivability, and reproducibility/reliability of results. Currently established techniques include parenteral injection, intra-peritoneal injection, trans-tympanic injection, endolymphatic sac injection, and cochleostomy with perilymphatic perfusion. Each of these methods has been successfully utilized and is well described in the literature; yet, each has various shortcomings. Here, we present a technique for topical application of ototoxic agents directly to the round window niche. This technique is non-invasive to inner ear structures, produces rapid onset of reliably targeted lesions, avoids systemic toxicity, and allows for an intra-animal control (the contra-lateral ear). Results stemming from this approach have helped deeper understanding of auditory pathophysiology, cochlear cell degeneration, and regenerative capacity in response to an acute injury. Future investigations may use this method to conduct interventional studies involving gene therapy and stem cell transplantation to combat hearing loss.
Müfettişler işitme sisteminin normal fonksiyonunu yanı sıra işitme kaybı patofizyolojisini incelemek için hayvan modellerinde geniş bir yelpazeye kullandık. Bu modeller aynı zamanda çeşitli patolojik süreçler karşı müdahale çalışmaların yapılması için son derece yararlı ve insan deneklerde translasyonel uygulamaları için temel olarak hizmet vermektedir. Koklea ve bununla ilişkili işitsel yolları içeren en araştırma, hasar veya bozulma bazı derece sistemine verilmesi gerekir. Genellikle, hasar kasten araştırmacılar, normal işlevi o lezyon yanı sıra ondan kurtarmak için koklear yeteneği etkisini araştırmak için izin belirli bir lezyon oluşturmak amaçlanmaktadır. Hasar verilmesi için belirli bir hayvan modeli ve / veya teknik (ler) seçilirken, bir dizi faktöre mümkün olan en iyi sonuçları elde etmek için kabul edilmelidir. Bir tekniğin doğrudan ve dolaylı etkileri olabilir iken çeşitli hayvan modelleri, müdahalelere farklı tepkiler verebilirİstenilen sonuca tamamen zararlı. Çoğu durumda, ideal bir iç kulak hasarı protokolü hızla sistemik toksisite önlemek ve güvenilir hasara sebep, hassas ve tutarlı lezyon oluşturmak ve fonksiyonel hücresel ve moleküler değişikliklerin daha fazla çalışma izin survivable olacaktır. İdeal olarak, bu yöntemleri de mümkün olduğunca Kokleanın hassas mikro mimari ve elektrokimyasal geçişlerini korumak istiyorum.
Bugüne kadar, araştırmacılar iç kulak hasarı ikna etmek için bir takım teknikler kurarak başardı. Bunların çoğu ya sistemik veya cerrahi yaklaşımla bir ototoksik ajana kokleayı açığa gerektirir. Teknikler perilenfatik perfüzyon ile parenteral enjeksiyon, intra-peritoneal enjeksiyonu, trans-timpanik enjeksiyon, endolenfatik kese enjeksiyon ve kokleostomisi sayılabilir. Bu teknikler furosemid, gentamisin, ouabain ve heptanol olarak ototoksik maddeler, çeşitli tanıtmak için kullanılmıştır. 1-5Belirli koklear lezyonlar oluştururken başarılı olsa da, yukarıdaki teknikler de sınırlamaları kabul ettiler. Sistemik enjeksiyonları hayvan derece toksik olabilir ve istenmeyen koklear hakaret ve tutarsız sonuçlar ile ilişkili olabilir. Ikinci eksiklik trans-timpanik enjeksiyonları ile ilişkilendirilmiştir. Böyle kokleostomisi ve perilenfatik perfüzyon gibi teknikler, hızlı ve son derece güvenilir lezyonlar indükleyebilen iken, iç kulak yapısı ve fonksiyonu doğrudan invaziv. Cerrahi yaklaşımların çoğu da teknik zorluk yüksek derecede ilişkilidir ve böyle bir mikropompa demlik olarak hayvanda yabancı nesneler bırakarak gerekebilir. 2-4,6-8 Tek bir tekniktir eksikliklerin ücretsiz ve araştırmacılar seçmelisiniz yöntemler dikkatle deneysel ihtiyaçlarına uygun. Burada, detaylı, yetişkin farelerde ototoksik maddelerin topikal teslimat için, yuvarlak pencere niş (RWN) uygulaması tekniğini açıklar.
Fibir kuş modelinde duyusal saçlı hücre dejenerasyonunun gentamisin etkisini okurken ilk 1998'de al Husmann ve tarif, bu teknik, ilgili zehirlenmelerden kaçınılarak, sistemik gentamisin uygulama göre önemli ölçüde daha güvenilir lezyonlar üretme yeteneğine sahip olduğu bulunmuştur. 9 O zamandan beri, Laboratuvarımızda dahil olmak üzere diğer araştırmacılar, sayıları, büyük bir başarı ile bu tekniği kullanmışlardır. 2004 yılında, Heydt ve ark. bir fare modelinde uygun bu ve gentamisin çeşitli konsantrasyonlarda emdirilmiş jelatin süngerle RWN doldurarak lezyon büyüklüğü kontrol etmek için gelişmiş bir yeteneğini,. 10 ve diğ., 2010, p-Bungarotoxin ototoksik etkileri üzerinde çalıştılar Palmgren, güçlü bir Tayvanlı zehiri element erişkin farelerin RWN için bunun sulu bir formu uygulanarak, sandık bantlı. 11 Ayrıca, laboratuvarda önceki çalışmalarda çok sayıda furosemid ototoksik etkisini incelemek için yuvarlak pencere yaklaşımı kullanmış olmasıe ouabain ve heptanol. Bu çalışmalardan 5,6,12-15 sonuçları koklear sıvısı ve normal işitme iyon homeostasisin önemini göstermiştir, spiral ganglion ve koklear yan duvarda hücre çoğalması yeteneğini keşfetti ve anlayışımızı daha da ileriye Yaşa bağlı işitme kaybı.
Aşağıdaki yaklaşım cerrahi bir kesi postaurikuler ve kemik timpan bulla kısmi yüzeylemenin yoluyla orta kulağa erişen içerir. Bu seçilmiş ototoksik madde doğrudan tatbik edilebilir olduğu RWN ile zarın daha iyi görüntülenmesi için izin verir. Sıvı madde daha sonra RWN fincan gibi içi boş havuzları (veya yavaş RWN içine paketlenmiş doymuş emilebilir jelatin sünger taşıyıcıdan drene) ve koklear vestibülün perilenfatik uzaya yuvarlak pencere zarından yayılır. Hiçbir doğrudan kokleostomisi bu yaklaşımın yapılır. Bu tekniğin avantajları iç kulak mikro mimarisi, kaçınma korunması dahiliçi hayvan kontrol kulağın sistemik toksisite, yardımının, etkinin hızlı bir başlangıç, belirli bir koklear hücre tiplerinde seçici bir dejenerasyon (örneğin., tip I Ouabain maruz kalma ve koklear Çeşidi heptanolden tedavisinin neden olduğu II fibrositler gangliyon nöronları, spiral), ve tekrarlanabilir / güvenilir sonuçlar. Bu teknik, sıçan, gine domuzu ve Gerbils dahil olmak üzere diğer kemirgen türleri arasında birkaç değişiklik ile uygulanabilir. Dezavantajları dik teknik bir öğrenme eğrisi ve zaman içinde tek bir noktaya sınırlandırılmıştır ototoksik hakaret göreli sınırlamayı içerir.
Yukarıda açıklanan protokol ve temsilcisi sonuçları her iki cinsiyette de dahil olmak üzere bir CBA / CAJ fare modelinde elde edilmiştir. Bu doğuştan zorlanma iyi araştırma işitme bir "iyi işitme" standart ve "normal yaşlanma" modeli olarak kuruldu. Diğer memeli modellerinde bu protokol kullanımının 16-23 açıklaması bu metnin kapsamı dışındadır. Okuyucu RWN uygulama tekniği memeli iç kulak eğitimi için çeşitli avantajlar sunuyor, ancak, dikkat etmelisiniz. Bunlardan en önemlisi o narin anatomik yapısı direkt bozulmaya ve otik kapsülün duvarları içinde mevcut biyokimyasal geçişlerini engeller olduğunu. Böyle kokleostomisi ve infüzyon pompası implantasyonu olarak Prosedürler doğrudan kalıcı eşik vardiya giden iç kulak yapıları ihlal etmek eğilimi var; sonuçlarını analiz edilirken göz önünde bulundurulması gereken bir gerçektir. Invaziv metho tarafından koklear yanal duvar yapılarının bozulmasıds ayrıca belirli bölge etkisi o konuma sınırlıdır. Bu tür trans-timpanik enjeksiyon ve parenteral enjeksiyon olarak 15,24 Alternatif non-invaziv yaklaşımlar güvenilmez sonuçlar ve boğulmuş olan furosemid veya heptanol gibi ototoksik maddelerin kullanımını kısıtlayabilir / veya hayvan modeli sistemik toksisite. Bu uygulama yöntemi, yukarıda tartışılan diğer invazif yöntemler yaklaşan bir tutarlılık seviyesi elde bu eksikliklerin sakınmayı kanıtlanmıştır.
Bu tekniğin diğer avantajları, hayvan modelleri ve fizibilite bir dizi geniş uygulanabilirliği varolan Laboratuvar alt içine dahil etmektir içerir. İkincisi ile ilgili olarak, herhangi bir özel reaktif veya kimyasal seçilmiş ototoksik maddeler, Anesteziyoloji ve analjezikler kenara gereklidir. Ototoksik ajanlar tipik olarak dikkate uzun süreler son çözeltisi (5 mi) içindeki bir yeterince büyük bir hacim içinde sabit bir konsantrasyonda kullanılmaktadır ve karıştırılırher uygulama ing (farelerde) içerisinde, yaklaşık 10 ul kullanır. Böylece, malzeme ve araçların ilk ihaleden sonra, araştırmacılar zaman alıcı Çözelti hazırlama veya malzemelerin sık sık değiştirilmesi görece ücretsizdir. Bu teknik aynı zamanda perilenfatik infüzyon pompaları veya cochleostomies implante ilgili prosedürlere göre önemli olabilir ameliyat süresi azalma sunmaktadır. Teknik yeterlilik seviyesine ulaştıktan sonra, kapatılmasına ilk kesi bizim ortalama tamamlanma süresi ototoksik ajan için istenen maruz kalma süresine bağlı olarak genelde 20 dakika ile 1.5 saat oldu. Üç ya da dört ameliyat kolayca artan verimlilik ve başarılı sonuçlar elde etmek için artan potansiyeli sağlayan, tek bir günde tamamlanabilir. Yukarıda tarif edildiği gibi, bu teknik aynı zamanda kolayca fareler, sıçanlar, kobaylar ve Gerbils da dahil olmak üzere, kemirgen modellerinde çeşitli uygulanabilir.
Bu yöntemin Sınırlamalar merkezli olanorta dik bir öğrenme eğrisi usta için gerekli teknik yeterlilik ulaşılana kadar beklenen sonuçları azalmıştır. Aşağıda daha ayrıntılı olarak ele alınacağı gibi, cerrahi yaklaşım ya da cerrahi alanın yetersiz görselleştirme sırasında küçük hatalar hemen her zaman kötü sonuca yol açacaktır. Böyle ajan seyreltilmesi yuvarlak pencere membran veya interstisyel sıvıya maddenin bir alt milimetre kalınlığında hava kabarcığı engelleme erişimi gibi bir acemi tanımak için başarısız olabilir ince bulgular, takdir ve bunları düzeltmek için gerekli psikomotor becerilerini geliştirmek için zaman ayırın. Ancak, bu engeller kolayca üstesinden gelmek ve yukarıda belirtilen invaziv yöntemlerin bazıları daha araştırmacılara az yıldırıcı teknik meydan oluştururlar prosedürün tekrarlanan performansı ile. Son olarak, bu teknik, koklear yaralanması, sadece cerrahi müdahale sırasında bir zaman tek bir noktada indüklenebilir göreceli sınırlama ile ilişkilidir. Bu, belirli bir dereceye kadar aşılabilir, Heydt ve arkadaşları tarafından tarif edildiği gibi madde içinde emdirilmiş jelatin sünger ile RWN doldurularak. 10, jelatin süngerin zamanla resorbe, ancak tek başına sulu çözeltinin uygulanması yoluyla elde edilebilir daha uzun bir maruz bırakma dönemi için izin verebilir.
Bu tekniğin tam avantajları gerçekleştirmek ve herhangi tuzaklardan kaçınmak için bir araştırmacı için, bu tekniğin iki kritik unsurları tanımak önemlidir: 1) sürekli orta kulak boşluğuna ve RWN görselleştirme korumak; ve 2) yeteneği interstisyel sıvı ve / veya kan serbest cerrahi alanında tutmak için. Bu eski ulaşmada uygun bir kafa tutucu önemi vurgulanmıştır aşırı olamaz. Hayvanın başının güvenli sabitleme mikroskop altında istikrarlı bir görünüm sağlar; ince enstrümantasyon ölçüde büyütme altında yapıların konumlandırma değiştirdiğinde önemi kolayca belirginleşmektedir. İyi bir hHayvanın rostral-kaudal ekseni etrafında dönebilir ead sahibi de sitenin araştırmacının doğrultusunda önemli dinamik değişiklikleri kolaylaştırır. Çoğu zaman, bu eksen etrafında dönme birkaç milimetre RWN görselleştirme ve tek otik kapsül kemik görselleştirme arasındaki fark anlamına gelebilir. Sürekli görünümünü değiştirme yeteneği de düzgün niş ve derinliklerinden çıkarılır interstisyel sıvıyı sağlamak için her şeyden önemlidir, aynı zamanda bizim deneyim, kan, yoğunlaşma veya interstisyel sıvıda Bölüm 5'de tartışıldığı gibi ototoksik ajan tamamen uygulamalar arasında kaldırılır O orta kulak alan tüm deney müdahale etme yeteneğine sahiptir girer. Ototoksik maddenin küçük bir miktan, konu dışı sıvı daha küçük hacimlerde temas ile seyreltilebilen yuvarlak pencere (~ 10 ul) tatbik Bu durum şaşırtıcı değildir. Bu nedenle, titiz cerrahi diseksiyon, kulak bül ve dikkatli preservat parça parça kapağını açmakstapes arter iyon başarılı deneysel sonuçlar eşdeğer bulunmaktadır.
Yukarıdaki kritik adımlar gözlenir ve beklenen sonuçlar hala elde değilse, sorun başlamalıdır. Bizim tecrübelerimize göre, bu iki usul elemanların deneme varyasyonlarını gerçekleştirmek için genellikle yararlı olur. İlk ototoksik ajan yuvarlak pencerede doldurulan sıklığını değiştirmek için. Kullanılan ajana bağlı olarak, toplam maruz kalma süresi tamamlandıktan fitilleme ve ajan, her 10 dakika daha sonra değiştirme ile, 30 dakika ve 1 saat arasında değişmektedir. Kısa süreler için maruz ise, toplam olarak maruz artan ajan daha fazla zaman yuvarlak pencere zarından diffüz izin verebilir. Ek pozlama ve Yenileyici da yukarıda bahsedildiği gibi kan, yoğuşma veya interstisyel tarafından ototoksik ajanın istenmeyen seyreltme önlemek için yardımcı olabilir. Bu yaklaşımı kullanarak zaman istenmeyen riskini artırma eğilimi olarak Dikkat Bununla birlikte, muhafaza edilmelidirly stapes arter yaralanmasına ve / veya RWN için interstisyel sıvının tanıtan.
Bu teknik koklear fizyoloji ve fizyopatolojisi soruşturmalara sunduğu için ne önemlidir. Bu minimal invaziv teknik narin biyokimyasal süreçlerin detaylı çalışma sağlar ve koklear rejeneratif potansiyelinin değerlendirilmesi amacıyla bizim araştırma sürdürmek anlamına olmuştur. 12,24 Bu cerrahi yaklaşım ve poz diğer dalı çeşitli teknikler üzerinde çoğaltılamaz ve başarılı sonuçlar istimal bu yöntem Koklear kök hücre implantasyonu çalışmalarda bildirilmiştir. 14 A great deal Ancak araştırmacılara mevcut geniş donanmasını birlikte bu teknik, bu bilgi boşluğunu daralma yardımcı olacak, koklea hakkında bilinmemektedir.
The authors have nothing to disclose.
This work was supported by National Institutes of Health (NIH) Grant number: NIH P50DC00422 (H.L.); NIH R01DC12058 (H.L.). This work also benefitted from the South Carolina Clinical and Translational Research Institution (SCTR) Clinical and Translational Science Award (NIH/NCRR UL1RR029882). The funders had no role in study design, data collection, and/or analysis. The authors would like to thank Lonnie E. Brown Jr. for his artistic and graphic contributions.
1-Heptanol 98% | Sigma-Aldrich | H2805 | PubChem Substance ID 24895536 |
250ML | |||
Ketaset Injectable | Patterson Veterinary | 07-803-6637 | Concentrate 100mg/ml |
(Ketamine HCl) | 10ml | Schedule CIII controlled substance | |
Anased Injectable | Lloyd Laboratories | NADA# 139-236 | Concentrate 20mg/ml |
(Xylazine) | |||
Buprenex Injectable | Patterson Veterinary | 07-850-2280 | Concentrate 0.3mg/ml |
(Buprenorphine HCl) | 5 ampules per box | Schedule CIII controlled substance | |
Betadine Skin Prep Solution | Medline | MDS093941 | 1 Quart screw top bottle |
(Povidone-Iodine) | |||
0.9% Sterile Saline | Variable | N/A | For mixing solutions and injections |
Table of Equipment, Surgical Instruments, and Specific Techniques | |||
Material Name | Company | Catalogue Number | Comments (optional) |
Operating Microscope | Carl Zeiss | 32192 | |
Controlled Acoustics Environment Sound Booth | Industrial Acoustics Company | N/A | |
Surgical Head Holder | Custom Made – | Please see Figure 3 | |
Medical University of South Carolina | |||
Neck Soft-Tissue Retractor (Wire Speculum, Titanium) 1.75inch | World Precision Instruments | 555801L | Maximum spread 20mm |
Embedded in disposable putty to affix dynamically to head holder | |||
90N Dental Belt Driven Hand Drill | Emesco | N/A (Vintage Item) | |
Scalpel Handle Size6 | Bard-Parker | MEDC-011990 | |
#15c Stainless Steel Surgical Scalpel Blade | Bard-Parker | SKU: 097-7215 | 50 Blades/Box |
Via ACE Surgical Supply Code | |||
Straight Tip Jewelers Forceps | Bernell | MIL17304 | |
Iris Scissors Curved | Medline | DYND04026 | |
Iris Scissors Straight | Medline | DYND04025 | |
Stevens Tenotomy Scissors Straight | Medline | MDG3222111 | |
Rosen Ear Needle Straight Shaft, Lightly Curved Tip | MytaMed | Item# 6.56.00 | Figure 1 demonstrates angled shaft picks. This was later substituted for the Rosen picks |
Rosen Ear Needle Straight Shaft, Strongly Curved Tip | MytaMed | Item# 6.56.01 | |
Kimwipes Delicate Task Wipers | Kimtech Science | CODE 34155 | White, Size 4.4×8.4 Inch. Cut to triangles and rolled into fine tip wicks. |
House Ear Curette, 6” shaft, light angle | Medline | MDG0396486 | |
Gelfoam (absorbable gelatin sponge) Size 100 | Medline | IIS34201 | Substitutions may be made |
Cotton pellets #3 4mm | Richmond | Manufacturer Code 100108 | |
ElectroSurgical Unit 100 E M/M | Elmed | List No. 52-5770 | Bipolar and Monopolar Capable |
1cc U-100 Insulin Syringe 28G, 0.5” length needle | BD | Product Number: 329410 | Optional for delivery of Ototoxic agent |
23G, blunt tip, 1” length needle | Kendall | Product Code 8881202397 | For controlled delivery of Ototoxic agent with less risk of damaging stapedial artery |
Surgical Mask | U-line | S-10478 | |
Exam Grade Nitrile Surgical Gloves | U-line | S-12549 | |
Precision Hair Clippers | Wahl | N/A | Multiple models may be substituted |
5-0 Nylon black monofilament suture on PC-1 13mm 3/8 circle needle | Ethilon | 1855G | Substitutions may be made. |
Instant Sealing Sterilization Pouch | Fisher | 01-812054 | |
Dry Sterilizer | ROBOZ | Germinator TM 500 | |