Summary

Application de la recherche de l’onde de choc induite par laser pour l’étude des lésions cochléaires induites par le souffle

Published: March 01, 2024
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Summary

Ici, nous décrivons des protocoles expérimentaux pour créer un modèle animal de lésion cochléaire induite par l’explosion à l’aide d’ondes de choc induites par laser (LISW). L’exposition de l’os temporal à la LISW permet la reproduction de la physiopathologie cochléaire induite par l’explosion. Ce modèle animal pourrait être une plate-forme pour élucider la pathologie cochléaire et explorer les traitements potentiels des blessures dues aux explosions.

Abstract

L’oreille est l’organe le plus sensible à la surpression d’explosion, et les lésions cochléaires surviennent fréquemment après une exposition à l’explosion. L’exposition aux explosions peut entraîner une perte auditive neurosensorielle (SNHL), qui est une perte auditive irréversible qui affecte négativement la qualité de vie. Des pathologies cochléaires détaillées induites par les blastes, telles que la perte de cellules ciliées, de neurones ganglionnaires spiralés, de synapses cochléaires et la perturbation des stéréocils, ont déjà été documentées. Cependant, il est difficile de déterminer la détérioration de la perception cochléaire après une blessure due à une explosion, car les animaux exposés à une surpression due à une explosion présentent généralement une perforation de la membrane tympanique (TMP), qui entraîne une perte auditive de transmission concomitante. Pour évaluer la dysfonction cochléaire neurosensorielle pure, nous avons développé un modèle animal expérimental de lésions cochléaires induites par l’explosion à l’aide d’une onde de choc induite par laser. Cette méthode permet d’éviter les lésions systémiques concomitantes et reproduit le déclin fonctionnel de la composante SNHL d’une manière dépendante de l’énergie après l’exposition à l’ILSW. Ce modèle animal pourrait être une plate-forme pour élucider les mécanismes pathologiques et explorer des traitements potentiels pour la dysfonction cochléaire induite par les explosions.

Introduction

La perte auditive et les acouphènes sont parmi les handicaps les plus répandus, signalés chez jusqu’à 62 % des anciens combattants1. Plusieurs complications auditives induites par l’explosion, notamment la perte auditive neurosensorielle (SNHL) et la perforation de la membrane tympanique (TMP), ont été signalées chez des personnes exposées à une surpression explosive2. De plus, des recherches sur des personnes exposées à des explosions suggèrent que l’exposition aux explosions entraîne fréquemment des défauts de la résolution auditive temporelle, même lorsque les seuils d’audition sont dans la plage normale, ce qui est connu sous le nom de « perte auditive cachée (HHL) »3. Il est bien établi qu’il y a une perte substantielle de synapses cochléaires entre les cellules ciliées internes (CCI) et les neurones auditifs (NA) dans la pathologie cochléaire liée aux blastes4. La dégénérescence synaptique entraîne une altération du traitement auditif et est un facteur majeur contribuant au développement de HHL5. Ainsi, les organes auditifs sont des composants fragiles contenant des structures complexes et très organisées. Cependant, le mécanisme précis par lequel les ondes de choc affectent l’oreille interne au niveau cellulaire reste incertain. Cela s’explique par les défis qu’il est difficile de reproduire les subtilités cliniques et mécaniques précises des lésions causées par les explosions en laboratoire et la complexité des pathologies cochléaires induites par les explosions.

L’onde de choc (SW), caractérisée par une augmentation rapide et élevée de la pression maximale6. La complexité des blessures causées par les explosions a fait l’objet de nombreuses études rétrospectives 7,8,9. Il existe différents dispositifs de génération d’explosions, tels que le gaz comprimé10, les tubes de choc11 et les explosifs de petite taille12, à différents niveaux de pression. La forme d’onde de pression du SW générée par des dispositifs récemment mis au point ressemblait beaucoup à celle d’une explosion réelle. Un concept important dans l’établissement d’un modèle animal de perte auditive neurosensorielle induite par l’explosion est de minimiser les blessures concomitantes, autres que les dommages auditifs, afin de réduire la mort des animaux. Ainsi, des études sur les blessures dues aux explosions ont été développées, dans lesquelles les tubes de choc ont été miniaturisés et la sortie peut être contrôlée avec précision afin que les animaux exposés meurent rarement. Cependant, bien que ces modèles animaux développent généralement des complications, telles que la TMP, l’évaluation de la fonction cochléaire est difficile en raison de la perte auditive de transmissionconcomitante 2. Nous avons précédemment effectué une étude sur des animaux protégés de l’oreille sur des blessures causées par une explosion à l’aide de bouchons d’oreille et n’avons trouvé aucune incidence de TMP13. Les bouchons d’oreille pourraient atténuer partiellement les lésions cochléaires graves, mais pas la neurodégénérescence auditive centrale ou le développement des acouphènes. Ainsi, les bouchons d’oreille protègent les cochlées ainsi que la membrane tympanique. Cependant, un modèle animal de lésions cochléaires pures induites par l’explosion sans TMP est nécessaire pour étudier la physiopathologie cochléaire causée par les lésions dues à l’explosion.

Nous avons précédemment développé un modèle topique de lésions de l’oreille interne chez des rats et des souris à l’aide d’une onde de choc induite par laser (LISW)14,15. Cette méthode peut être mise en œuvre en toute sécurité et facilement à un niveau de laboratoire standard et a été utilisée pour générer des modèles de blessures aux poumons et à la tête par explosion de souffle16,17. L’énergie du LISW peut être ajustée en changeant le type et la puissance du laser, ce qui permet de contrôler le degré de lésion cochléaire. Le modèle de lésion cochléaire induite par le LISW est précieux pour étudier les mécanismes de SNHL causés par les lésions dues aux explosions et pour étudier les traitements potentiels. Dans cette étude, nous décrivons des protocoles expérimentaux détaillés pour la création d’un modèle murin de lésions cochléaires induites par l’explosion à l’aide de LISW et démontrons la dégénérescence cochléaire, y compris la perte de cellules ciliées (HC), de synapses cochléaires et de neurones ganglionnaires spiralés (SGN), de manière dépendante de l’énergie chez les souris après une exposition à LISW.

Protocol

Toutes les procédures expérimentales ont été approuvées par le Comité institutionnel de soin et d’utilisation des animaux du Collège médical de la Défense nationale (approbation #18050) et effectuées conformément aux directives des Instituts nationaux de la santé et du ministère de l’Éducation, de la Culture, des Sports, des Sciences et de la Technologie du Japon. Tous les efforts ont été faits pour minimiser le nombre d’animaux et leur souffrance. <p class="jov…

Representative Results

Forme d’onde LISWLa reproductibilité de la forme d’onde de pression LISW a été mesurée 5x à 2,0 J/cm2 comme suit. Les formes d’onde étaient généralement similaires et stables et montraient une forte augmentation avec la largeur du temps, la pression de crête et l’impulsion de 0,43±0,4 μs, 92,1 ± 6,8 MPa et 14,1 ± 1,9 Pa∙s (médiane ± écart-type), ce qui correspond aux caractéristiques du SW (Figure 1B…

Discussion

Cette étude visait à valider un modèle murin de lésions cochléaires induites par l’explosion à l’aide de LISW. Nos résultats ont démontré qu’après l’application de LISW à travers l’os temporal, l’oreille de souris exposée présentait un déclin pathologique et physiologique constant de la cochlée, accompagné d’une augmentation de la surpression LISW. Ces résultats indiquent que ce modèle de souris est approprié pour reproduire diverses pathologies cochléai…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Ce travail a été soutenu par deux subventions de JSPS KAKENHI (numéros de subvention 21K09573 (K.M.) et 23K15901 (T.K.)).

Materials

532 nm Q-switched Nd:YAG laser  Quantel Brilliant b
ABR peak analysis software Mass Eye and Ear N/A EPL Cochlear Function Test Suite
Acrylic resin welding adhesive  Acrysunday Co., Ltd N/A
confocal fluorescence microscopy Leica TCS SP8
cryosectioning compound Sakura Tissue-Tek O.C.T
CtBP2 antibody BD Transduction #612044
Dielectric multilayer mirrors SIGMAKOKI CO.,LTD TFMHP-50C08-532 M1-M3
Digital oscilloscope Tektronix DPO4104B
Earphone CUI CDMG15008-03A
Hydrophone RP acoustics e.K. FOPH2000
Image J software plug-in NIH measurement line https://myfiles.meei.harvard.edu/xythoswfs/webui/_xy-e693768_1-t_wC4oKeBD
Light microscope Keyence Corporation BZ-X700
Myosin 7A antibody Proteus Biosciences #25–6790 
Neurofilament antibody Sigma #AB5539
Plano-convex lens SIGMAKOKI CO.,LTD SLSQ-30-200PM
Prism software GraphPad N/A ver.8.2.1
Scanning electron microscope JEOL Ltd JSM-6340F
Small digital endoscope AVS Co. Ltd AE-C1
Ultrasonic jelly Hitachi Aloka Medical N/A
Variable attenuator Showa Optronics Co. N/A Currenly avaiable successor: KYOCERA SOC Corporation, RWH-532HP II
Water-soluble encapsulant  Dako #S1964

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Citer Cet Article
Kurioka, T., Mizutari, K., Niwa, K., Kimura, E., Kawauchi, S., Kobayashi, Y., Sato, S. Research Application of Laser-Induced Shock Wave for Studying Blast-Induced Cochlear Injury. J. Vis. Exp. (205), e66396, doi:10.3791/66396 (2024).

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