Two microsurgery approaches for local drug delivery to the inner ear are described here and compared in terms of impact on hearing parameters, cochlear cytoarchitecture and expression of inflammatory markers.
我们提出在啮齿类动物中对特定药物递送进入中耳2微创显微外科技术,使得它有可能达到内耳。第一个过程由鼓泡,被称为bullostomy穿孔;第二个是一个经鼓室注射。这两种模拟人体临床鼓室内手续。
壳聚糖 – 甘油磷酸盐(CGP)和Ringer's乳酸缓冲液(RL)被用作局部药物递送的生物相容的车辆。 CGP是无毒的可生物降解的聚合物广泛用于药物应用。它是在RT粘性液体,但它在体温下凝结成半固体相。 RL是用于人类静脉内给药的等渗溶液。这款车的一小容量由bullostomy的手段恰恰放在圆窗(RW)的利基。一经鼓膜注射填充中耳和允许控制少,但内耳更广泛的访问。
<p class ="“jove_content”">研究了这两种技术的安全性特征进行了研究和使用功能和形态测试比较。听证会是由注册前听性脑干反应(ABR)及显微经过多次评估。耳蜗结构的细胞结构和保护水平是由多聚甲醛固定,脱钙耳蜗标本常规组织学技术研究。并联,未定影耳蜗取样并立即冷冻通过定量逆转录酶聚合酶链式反应(QRT-PCR)来分析炎症标志物的基因表达图谱。这两个程序都适合作为给药方式到小鼠中耳,虽然经鼓膜注射证明相比bullostomy是微创。
听力损伤是最常见的人类感觉缺陷并影响全世界人口的5.3%,和65岁以上的个体的30%( http://www.who.int/topics/deafness/en ,更新2016)。听力损失会影响儿童语言习得和加速老年人认知能力下降。因此,它是一个显著保健问题具有巨大的社会和经济影响。它可以通过遗传缺陷,环境因素或两者1,这在端诱导的耳蜗损伤和毛细胞和神经元的死亡的组合引起的。这些细胞并不在哺乳动物中再生,因此细胞损失和随之而来的听力损失不得转回。临床选项是基于假体装置,包括助听器人工耳蜗,中耳骨导植入体2。不幸的是,没有任何具体的医疗恢复TREA为听力障碍tments,因此一些研究线路主要集中在预防和修复疗法的发展。新的治疗选择包括基因和细胞疗法以及小分子的发展为药物治疗2。
一个人工耳蜗药物治疗最重要的挑战是给药。全身性治疗方法已在耳蜗功效由于血-迷路屏障3的限制,连续内皮与耳蜗的血管,其作为一个物理和生化屏障保持内耳流体稳态,因此限制了药物通道到内耳接触。它是可渗透只有小的脂溶性的分子,尽管渗透性可以耳蜗炎症过程中与使用利尿剂或渗透剂的增加,并且也。药物,最终达到全身给药降低后耳蜗的体积;因此,需要高剂量,可能导致有机毒性。此外,药物的肝代谢可产生有毒的或无活性的代谢物4,5,6,7。相比之下,局部干预允许药物的已知数量有限到中耳或内耳的无不良副作用4,7,8,9的位置。在目前的临床实践中,鼓室内施用限于某些耳蜗病状,如在美尼尔氏病10庆大霉素,突发性耳聋的皮质类固醇,美尼尔氏病,免疫介导的和噪声引起的听力损失,11,12,13,1突发性耳聋4,16,17 4,15和胰岛素样生长因子1(IGF1)。
局部给药的制剂应保留耳蜗流体的微妙平衡(pH值和渗透压)。此外,这是非常重要的,以保持在整个过程中不育,以避免脑脊液细菌污染。用于药物递送的赋形剂应该是生物相容的,nonototoxic和适当的一致性。液体溶液被推荐用于耳蜗内注射,但不适合于在鼓室内路线由于通过咽鼓管的间隙。在这种情况下,药物通常通过半固体凝胶进行以提高其耐久性在中耳4,18,19。替代交货SYSTE用作载体,以增加药物的通路到内耳毫秒是纳米颗粒20和腺病毒21在这里,我们比较了两种车辆:CGP和RL溶液。 CGP是由脱乙酰壳多糖形成的凝胶,D-葡糖胺和从甲壳动物贝壳得到的N-乙酰基-D-葡糖胺,和β-甘油磷酸盐,形成围绕壳聚糖链的水的屏蔽,并保持它在多元醇组成的直链多糖液体形式。 CGP是热敏并且可以由溶菌酶降解,允许在中耳22,23,24,25一个持续的药物释放。壳聚糖基水凝胶进行临床应用,例如药物递送合适的车辆,因为它们缺乏免疫原性,并缺乏局部炎症反应23,24的激活的。在OTH呃手,RL缓冲器是用于静脉内给药在人类中无热原的等渗溶液(273毫渗透摩尔浓度/ L和pH为6.5),为水和电解质源,尤其是在失血,创伤或烧伤,因为乳酸代谢的副产物在肝脏抵消酸中毒。
在这里,我们描述和比较已细化为当地的药物输送到小鼠内耳两种手术方法。这两种技术的安全性,通过使用功能性的,形态学和分子测试评价。采用听性脑干反应(ABR)26,之前在不同的时间后,显微进行27日讯评价。终点程序被用来解剖耳蜗并比较这两个显微程序的解剖,细胞和分子的影响。
局部药物递送至内耳可通过鼓室内施用直接由耳蜗内注射或间接完成,将药物在中耳4,19,39。耳蜗内给药提供受控和精确的药物递送至耳蜗,避免扩散通过窗膜,基底到心尖浓度梯度和清除通过咽鼓管。然而,这通常是需要复杂的和精致的显微7,39高度侵入性手术。在此背景下,业界正在开发新的,包衣,可植入的持续释放药物40,41装置。另一方面,鼓室内施用是一种微创且易于操作过程,它允许更大的对d的卷的注射地毯进入中耳,虽然药物动力学是不容易控制。大多数药物通过咽鼓管清零,剩余部分具有穿过RW膜扩散到达耳蜗18。 RW是从中耳到耳蜗7的外淋巴填充鼓膜导管的物质的最大吸收的位点。它是半透的三层结构,虽然它的渗透性取决于药物特性(大小,浓度,溶解度和电荷)和跨膜运输系统(扩散,主动转运或吞噬作用)42。卵圆窗和耳胶囊的替代,但效果较差入口耳蜗43,44。
这里,我们证明并比较靶向给药到鼠标中穗两显微方法:bullostomy和transtympaNIC注入程序。这些程序共同关键步骤包括:i)听力的评估之前和显微后,ⅱ)制备在无菌条件下均相车辆的溶液,iii)所述麻醉过程和动物体温和常数的监测的仔细监督,四)缓慢车辆靶向RW的适当体积的位置,以及iv)采取耳蜗样品来完成分子和形态学分析。
为bullostomy耳和腹侧的方法已被描述7,45。我们所使用的腹侧近似,因为在我们的经验,已经导致更少的发病率,并提供给RW 46更好的访问。经鼓室注射通常通过睫状tensa鼓膜进行,前或后,以锤骨柄12。在这项工作我们进行了技术,注入的修改,通过以后的标准杆tensa的前一个额外的穿刺锤骨的鼓膜松弛部允许在注射过程中的空气排出。
该鼓室注射比bullostomy创伤更小,虽然两者microsurgeries是快速(每穗20和5分钟的bullostomy分别鼓室办法),有短,术后康复时间,并没有发病。最重要的是,这两个过程保持听觉和该ABR参数的那些相同的显微之前确定的。在经鼓室途径花费较少的时间比bullostomy并且可以在相同的动物的两只耳朵相同介入期间进行。所述经鼓室注射的优点是由此,如果需要,可以双边进行和重复。另一方面,bullostomy提供给RW膜直接视觉获取并且允许Filli酒店该RW小生纳克。与此相反,经鼓室注射不允许在RW利基车辆放置的控制。
在这项工作报告的过程描述如何执行局部药物交车中耳临床前应用,如听力损失耳毒性和疗效评价的评价。两个显微过程描述了提供具有特定的优点和缺点的替代方法。这两种保护听力,并且不会导致形态学改变。局部炎症被描述为bullostomy的潜在并发症。一系列的补充技术也为术后程序,包括听证会,形态和炎症标记物表达的评估说明。对这些技术的未来的应用包括新疗法的临床前评价听力损失,包括遗传,细胞和药理学方法,在动物模型中。鼓室内管理的程序离子保证治疗的中耳的传递,在与圆窗膜接触,促进通路进入淋巴而不明显耳蜗损伤。
The authors have nothing to disclose.
作者要感谢基因组学和神经功能的无创评价设施(IIBM,CSIC-UAM)提供的技术支持。这项工作是由西班牙“部:EconomiaŸCompetitividad”(FEDER-SAF2014-53979-R)和欧盟(FP7-AFHELO和FP7-人TARGEAR),以IVN的资助。
Ketamine (Imalgene) | Merial | # 2529 | CAUTION: avoid contact of the drug with skin or eyes or accidental self-inflicted injections |
Xylacine (Xilagesic) | Calier | # 6200025225 | |
Lubricant eye gel (Artific) | Angelini | # 784710 | |
Water pump | Gaymar | # TP472 | |
Subdermal needle electrodes | Spes Medica | # MN4013D10SM | |
Low Impedance Headstage (RA4LI) | Tucker-Davis Technologies | ||
Speakers (MF1 Multi-Field Magnetic Speaker) | Tucker-Davis Technologies | ||
System 3 Evoked Potential Workstation | Tucker-Davis Technologies | The System is composed of: RP2 processor, RA16 base station, PA5 attenuator, SA1 amplifier, MA3 microphone amplifier, RA4LI impedance headstage and RA4A medusa pre-amplifier | |
SigGenRP software | Tucker-Davis Technologies | ||
Warming pads (TP pads) | Gaymar | # TP3E | |
Statistics software (SPSS) | IBM | ||
Chitosan (deacetylated) | Sigma-Aldrich | # C3646 | |
Acetic acid (glacial) | VWR | # 20103.295 | CAUTION: flammable liquid, skin corrosion and respiratory and skin sensitizer |
Glycerophosphate | Sigma | # SLBG3671V | |
Ringer´s lactate buffer | Braun | # 1520-ESP | |
Medetomidine (Domtor) | Esteve | # 02400190 | |
Phentanile (Fentanest) | Kern Pharma | # 756650.2 | CAUTION: avoid contact of the drug with open wounds or accidental self-inflicted injections |
Isoflurane (IsoVet) | Braun | # 469860 | CAUTION: Avoid exposures at ceiling concentrations greater than 2ppm of any halogenated anesthetic agent over a sampling period not to exceed one hour. |
Surgical microscope (OPMI pico) | Zeiss | ||
Sterile drape (Foliodrape) | Hartmann | # 277546 | |
Sterilizer | Fine Science Tools | # 18000-45 | |
Scalpel blade | Swann Morton | # 0205 | CAUTION |
Scalpel handle | Fine Science Tools | # 91003-12 | |
Pividone iodine based antiseptic (Betadine) | Meda Pharma SAU | # M-12207 | |
Adventitia scissors (SAS18-R8) | S&T | # 12075-12 | |
Curved scissors | CM Instrumente | # AJ023-18 | |
Forceps | CM Instrumente | # BB019-18 | |
Gelatine sponge (Spongostan) | ProNaMAc | # MS0001 | |
Microlance 27G | Becton Dickinson | # 302200 | |
Microliter syringe (701 RN SYR) | Hamilton | # 80330 | |
Catheter (Microfil 34G) | World Precision Instruments | # MF34G-5 | |
Tissue Adhesive (Vetbond) | 3M | # 1469SB | |
Needle holder (Round handled needle holder) | Fine Science Tools | # 12075-12 | |
Silk surgical suture (Braided Silk 5/0) | Arago | # 990011 | |
Chlorhexidine (Cristalmina) | Salvat | # 787341 | |
Pentobarbital (Dolethal) | Ventoquinol | # VET00040 | CAUTION: avoid contact of the drug with open wounds or accidental self-inflicted injections |
Stereomicroscope (Leica) | Meyer Instruments | # MZ75 | |
Vannas Micro-dissecting (Eye) Scissors Spring Action | Harvard Apparatus | # 28483 | |
Jeweller’s forceps (Dumont) | Fine Science Tools | # 11252-00 | |
RNase Decontamination Solution (RNaseZap) | Sigma-Aldrich | # R2020 | |
RNA Stabilization Solution (RNAlater) | Thermo Fisher Scientific | # R0901 | |
Purification RNA kit (RNeasy) | Qiagen | # 74104 | |
cDNA Reverse Transcription Kit | Thermo Fisher Scientific | # 4368814 | |
Gene expression assay (TaqMan probes) | Thermo Fisher Scientific | Il1b: Mm00446190_m1 Il6: Mm00446190_m1 Tgfb1: Mm01178820_m1 Tnfa: Mm99999068_m1 Il10: Mm00439614_m1 Dusp1: Mm00457274_g1 Hprt1: Mm00446968_m1 |
|
Real-time PCR System (7900HT) | Applied Biosystems | # 4329001 | |
Paraformaldehyde (PFA) | Merck | # 1040051000 | TOXIC: PFA is a potential carcinogen |
Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) | Merck | # 405491 | CAUTION: harmful if inhaled, may cause damage to respiratory tract through prolonged or repeated exposure if inhaled. |
Hematoxylin solution | Sigma-Aldrich | # HHS16 | |
Eosin Y | Sigma-Aldrich | # E4382 | Hazards: causes serious eye irritation |