Trans-trumhinna Drug Delivery för behandling av ototoxicitet
Summary
Vi presenterar en teknik för lokaliserade administrering av läkemedel genom trans-trumhinna rutten in i cochlean. Drogen leverans via denna väg skulle inte störa mot cancer effekten av de kemoterapeutiska läkemedel såsom cisplatin.
Abstract
Den systemisk administreringen av skyddande läkemedel att behandla läkemedelsinducerad ototoxicitet begränsas av möjligheten att dessa skyddsmedel kan störa kemoterapeutiska effekten av de primära läkemedel. Detta är särskilt sant för det läkemedlet cisplatin, vars cancer handlingar är försvagade av antioxidanter som ger tillräckligt skydd mot hörselskador. Andra aktuella eller potentiella otoprotective medel kan utgöra ett liknande problem, om den ges systemiskt. Tillämpningen av olika biologicals eller skyddande läkemedel direkt till innerörat skulle möjliggöra höga nivåer av dessa agenter lokalt med begränsad systemiska biverkningar. I den här rapporten visar vi en trans-trumhinna metod för leverans av olika droger eller biologiska reagenser till snäckan, som bör förbättra grundläggande vetenskap forskning på snäckan och tillhandahålla ett enkelt sätt att styra användningen av otoprotective ombud i klinikerna. Denna rapport beskriver en metod för trans-trumhinna drogen leverans och ger exempel på hur denna teknik har använts framgångsrikt i försöksdjur för att behandla cisplatin ototoxicitet.
Introduction
Perifera hörselsystemet är utsökt känslig för läkemedel såsom cisplatin och aminoglykosid antibiotika. Cisplatin är en allmänt använd kemoterapeutiska medel för behandling av en mängd solida tumörer, cystor, testikelcancer och huvud och hals cancer. Ototoxicitet upplevt med användning av denna drog dosbegränsande och ganska vanligt, som påverkar 75-100% av patienterna behandlades1. Andra läkemedel, såsom karboplatin och oxaliplatin, har dykt upp som alternativ till cisplatin2,3,4,5, men deras användbarhet är begränsat till några cancerformer.
Tidiga studier har visat den kritiska rollen av reaktiva syreradikaler (ROS) medla den ototoxicitet producerad av cisplatin och aminoglykosider. Senare undersökningar visade att den NOX3 isoformen av NADPH-oxidas är den primära källan för ROS i hörselsnäckan, och aktiveras av cisplatin6,7. Generering av ROS kompromisser ökad antioxidant buffrande kapacitet av celler, vilket leder till lipidperoxidation av cellulära membran8. Dessutom ökar cisplatin produktionen av hydroxylradikaler som genererar mycket giftiga aldehyd 4-hydroxynonenal (4-HNE), en initiativtagare till cell död9,10. Baserat på dessa fynd, har flera antioxidanter undersökts för behandling av cisplatin ototoxicitet. Dessa inkluderar N-acetylcystein (NAC), natriumtiosulfat (STS), amifostin och D-metionin. Ett stort bekymmer av antioxidant behandling är dock att dessa antioxidanter skulle kunna minska cisplatin kemoterapeutiska effekt när det administreras systemiskt11 genom samverkan av cisplatin med thiol grupper i antioxidant molekyler.
Med tanke på problemen med antioxidant terapi var målet med denna studie att undersöka trans-trumhinna administreringsväg levererar antioxidanter och andra droger till snäckan att minska hörselnedsättning. Trans-trumhinna rutten av drog- och kort stör (si) RNA, beskrivs nedan, visas särskilt lovande.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den trans-trumhinna administrationssätt möjliggör lokaliserade leverans av droger och andra medel till snäckan som annars kunde producera betydande systemiska biverkningar om det administreras systemiskt. Denna metod av Läkemedelsverket tillåter snabb tillgång av droger till platsen för åtgärd vid betydligt högre doser än skulle uppnås genom systemisk rutten. Resultaten presenteras här och publicerade tidigare visade att trans-trumhinna administrering av [R] – N – fenyl isopropyl adenosin (R</e…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Det arbete som beskrivs i denna artikel stöddes av en NCI RO1 CA166907, NIDCD RO1-DC 002396 och RO3 DC011621.
Materials
| Ketathesia (100 mg/ml) 10 ml | Henry Schein | 56344 | Controlled substance |
| AnaSed Injection/Xylazine (20 mg/ml) 20 ml | Henry Schein | 33197 | |
| 2.5 mm disposable ear specula | Welch Allyn | 52432 | |
| Surgical Scope | Zeiss | ||
| 29 G X 1/2 insulin syringe | Fisher Scientific | 14-841-32 | Can be purchased through other vendors |
| cis-Diammineplatinum(II) dichloride | Sigma Aldrich | P4394 | TOXIC – wear proper PPE |
| Harvard 50-7103 Homeothermic Blanket Control Unit | Harvard Apparatus | Series 863 | |
| Excel International 21 G X 3/4 butterfly needle | Fisher | 14-840-34 | Can be purchased through other vendors |
| BSP Single Speed Syringe Pump | Brain Tree Sci, Inc | BSP-99 | |
| Pulse Sound Measurement System | Bruel & Kjaer | Pulse 13 software | |
| High-Frequency Module | Bruel & Kjaer | 3560C | |
| 1/8″ Pressure-field Microphone —-Type 4138 | Bruel & Kjaer | bp2030 | |
| High Frequency Transducer | Intelligent Hearing System | M014600 | |
| Opti-Amp Power Transmitter | Intelligent Hearing System | M013010P | |
| SmartEP ABR System | Intelligent Hearing System | M011110 | |
| Disposable Subdermal EEG Electrodes | CareFusion | 019-409700 | |
| 16% Formaldehyde, Methanol-free | Fisher Scientific | 28908 | TOXIC – wear proper PPE |
| 7 mL Borosilicate Glass Scintillation Vial | Fisher Scientific | 03-337-26 | Can be purchased through other vendors |
| EDTA | Fisher Scientific | BP118-500 | Can be purchased through other vendors |
| Sucrose | Fisher Scientific | S5-500 | Can be purchased through other vendors |
| Tissue Plus OCT Compound | Fisher Scientific | 4585 | |
| CryoMolds (15 mm x 15 mm x 5mm) | Fisher Scientific | 22-363-553 | Can be purchased through other vendors |
| Microscope Slides (25mm x 75mm) | MidSci | 1354W | Can be purchased through other vendors |
| Coverslips (22 x 22 x 1) | Fisher Scientific | 12-542-B | Can be purchased through other vendors |
| Poly-L-Lysine Solution (0.01%) | EMD Millipore | A-005-C | Can be purchased through other vendors |
| HM525 NX Cryostat | Thermo Fischer Scientific | 956640 | |
| MX35 Premier Disposable Low-Profile Microtome Blades | Thermo Fischer Scientific | 3052835 | |
| Wheaton™ Glass 20-Slide Staining Dish with Removable Rack | Fisher Scientific | 08-812 | |
| Super Pap Pen Liquid Blocker | Ted Pella, Inc. | 22309 | |
| Normal Donkey Serum | Jackson Immuno Research | 017-000-121 | Can be purchased through other vendors |
| TritonX-100 | Acros | 21568 | Can be purchased through other vendors |
| BSA | Sigma Aldrich | A7906 | Can be purchased through other vendors |
| Phospho-Stat1 (Ser727) antibody | Cell Signaling | 9177 | |
| VR1 Antibody (C-15) | Santa Cruz | sc-12503 | |
| DyLight 488 Donkey anti Rabbit | Jackson Immuno Research | 711-485-152 | Discontinued |
| DyLight 488 Donkey anti Goat | Jackson Immuno Research | 705-485-003 | Discontinued |
| Rhodamine (TRTIC) Donkey anti Rabbit | Jackson Immuno Research | 711-025-152 | Discontinued |
| ProLong® Diamond Antifade Mountant w/ DAPI | Thermo Fisher | P36971 | |
| (−)-N6-(2-Phenylisopropyl)adenosine | Sigma Aldrich | P4532 | |
| 8-Cyclopentyl-1,3-dipropylxanthine | Sigma Aldrich | C101 | |
| siRNA pSTAT1 | Qiagen | Custome Made | Kaur et al. 201120 |
| siRNA NOX3 | Qiagen | Custome Made | Kaur et al. 201120 |
| Scrambled Negative Control siRNA | Qiagen | 1022076 | Kaur et al. 201120 |
References
- McKeage, M. J. Comparative adverse effect profiles of platinum drugs. Drug Saf. 13 (4), 228-244 (1995).
- Boulikas, T., Vougiouka, M. Cisplatin and platinum drugs at the molecular level. Oncol Rep. 10 (6), 1663-1682 (2003).
- Fouladi, M., et al. Phase II study of oxaliplatin in children with recurrent or refractory medulloblastoma, supratentorial primitive neuroectodermal tumors, and atypical teratoid rhabdoid tumors: a pediatric brain tumor consortium study. Cancer. 107 (9), 2291-2297 (2006).
- Pasetto, L. M., D’Andrea, M. R., Rossi, E., Monfardini, S. Oxaliplatin-related neurotoxicity: how and why. Crit Rev Oncol Hematol. 59 (2), 159-168 (2006).
- Ardizzoni, A., et al. Cisplatin- versus carboplatin-based chemotherapy in first-line treatment of advanced non-small-cell lung cancer: an individual patient data meta-analysis. J Natl Cancer Inst. 99 (11), 847-857 (2007).
- Banfi, B., Malgrange, B., Knisz, J., Steger, K., Dubois-Dauphin, M., Krause, K. H. NOX3, a superoxide-generating NADPH oxidase of the inner ear. J Biol Chem. 279 (44), 46065-46072 (2004).
- Mukherjea, D., Whitworth, C. A., Nandish, S., Dunaway, G. A., Rybak, L. P., Ramkumar, V. Expression of the kidney injury molecule 1 in the rat cochlea and induction by cisplatin. Neurosciences. 139 (2), 733-740 (2006).
- Rybak, L. P., Husain, K., Morris, C., Whitworth, C., Somani, S. Effect of protective agents against cisplatin ototoxicity. Am J Otol. 21 (4), 513-520 (2000).
- Lee, J. E., et al. Role of reactive radicals in degeneration of the auditory system of mice following cisplatin treatment. Acta Otolaryngol. 124 (10), 1131-1135 (2004).
- Lee, J. E., et al. Mechanisms of apoptosis induced by cisplatin in marginal cells in mouse stria vascularis. ORL J Otorhinolaryngol Relat Spec. 66 (3), 111-118 (2004).
- Lawenda, B. D., Kelly, K. M., Ladas, E. J., Sagar, S. M., Vickers, A., Blumberg, J. B. Should supplemental antioxidant administration be avoided during chemotherapy and radiation therapy. J Natl Cancer Inst. 100 (11), 773-783 (2008).
- Akil, O., Oursler, A. E., Fan, K., Lustig, L. R. Mouse auditory brainstem response testing. Bio Protoc. 6 (6), 1768 (2016).
- Montgomery, S. C., Cox, B. C. Whole Mount Dissection and Immunofluorescence of the Adult Mouse Cochlea. J. Vis. Exp. (107), e53561 (2016).
- Whitlon, D. S., Szakaly, R., Greiner, M. A. Cryoembedding and sectioning of cochleas for immunocytochemistry and in situ hybridization. Brain Res Brain Res Protoc. 6 (3), 159-166 (2001).
- Londos, C., Cooper, D. M., Wolff, J. Subclasses of external adenosine receptors. Proc Natl Acad Sci. 77 (5), 2551-2554 (1980).
- Lohse, M. J., Klotz, K. N., Lindenborn-Fotinos, J., Reddington, M., Schwabe, U., Olsson, R. A. 8-Cyclopentyl-1,3-dipropylxanthine (DPCPX)–a selective high affinity antagonist radioligand for A1 adenosine receptors. Naunyn Schmiedebergs Arch Pharmacol. 336 (2), 204-210 (1987).
- Rybak, L. P., Whitworth, C., Scott, V., Weberg, A. D., Bhardwaj, B. Rat as a potential model for hearing loss in biotinidase deficiency. Ann Otol Rhinol Laryngol. 100 (4), 294-300 (1991).
- Mukherjea, D., et al. NOX3 NADPH oxidase couples transient receptor potential vanilloid 1 to signal transducer and activator of transcription 1-mediated inflammation and hearing loss. Antioxid Redox Signal. 14 (6), 999-1010 (2011).
- Kaur, T., et al. Adenosine A1 receptor protects against cisplatin ototoxicity by suppressing the NOX3/STAT1 inflammatory pathway in the cochlea. J Neurosci. 36 (14), 3962-3977 (2016).
- Kaur, T., Mukherjea, D., Sheehan, K., Jajoo, S., Rybak, L. P., Ramkumar, V. Short interfering RNA against STAT1 attenuates cisplatin-induced ototoxicity in the rat by suppressing inflammation. Cell Death Dis. 2 (180), (2011).
