Canalostomy как хирургический подход к местным лекарств в внутренний уши взрослых и новорожденных мышей
Summary
Здесь мы опишем процедуру canalostomy, которая позволяет местных лекарств в внутренний уши взрослых и новорожденных мышей через полукружных канала с минимальным ущербом для функции слуха и вестибулярного аппарата. Этот метод может использоваться для инокуляции вирусных векторов, Фармацевтика и малых молекул в мыши внутреннего уха.
Abstract
Локальная доставка лекарственных препаратов во внутреннее ухо является перспективным терапия для заболевания внутреннего уха. Инъекции через полукружных каналов (canalostomy) было показано, быть полезным подходом для местных лекарств в внутреннего уха. Цель этой статьи – описать в деталях, хирургические методы, участвующих в canalostomy взрослых и новорожденных мышей. Как свидетельствует быстро зеленый краситель и аденоассоциированный вирус серотипа 8 с зеленого флуоресцентного белка гена, canalostomy способствовало широкое распространение вводят реагентов в улитки и вестибулярные конец органов с минимальным ущербом для слуха и вестибулярной функции. Операция была успешно внедрена в взрослых и новорожденных мышей; действительно несколько операций могут выполняться при необходимости. В заключение canalostomy это эффективный и безопасный подход к доставки лекарств в внутренний уши взрослых и новорожденных мышей и могут быть использованы для лечения заболеваний человека внутреннего уха в будущем.
Introduction
Нейросенсорная слуха потери и вестибулярной дисфункции затрагивают значительное число пациентов и тесно связанные с внутреннего уха расстройства. Поставка лекарственных средств в внутреннего уха показывает обещание для лечения расстройств внутреннего уха. Местных или системных подход может использоваться для доставки наркотиков в внутреннего уха. Некоторые заболевания внутреннего уха успешно лечатся системных медикаментов, таких как идиопатический внезапной потери слуха, которая обычно рассматривается с системными стероидами1. Кроме того Ленц et al. показал, что Системное администрирование антисмысловых олигонуклеотидов смог улучшить слух и сбалансированности функций в Ush1c мутант мыши модель2. Однако большая часть внутреннего уха заболевания не лечатся эффективно системных медикаментов из-за крови лабиринт барьер, который ограничивает доступ наркотиков на внутреннее ухо3,4. В отличие от локальных доставки стратегии можно лечить заболевания внутреннего уха более эффективно. Действительно внутреннего уха потенциально является идеальной мишенью для местных лекарств; она заполнена жидкостью, которая облегчает распространение наркотиков после одного сайт диффузии или инъекции, и это довольно изолированы от соседних органов, который ограничивает побочные эффекты5,6.
Местные наркотиков доставки стратегии включают в себя методы intratympanic и intralabyrinthine. Эффективность intratympanic маршрут в значительной степени полагается на проницаемость наркотиков через круглое окно мембраны (РВМ) и время пребывания препарата на RWM3,4,,78. Таким образом это не подходит для доставки наркотиков или реагенты, которые не могут проникнуть RWM. Intralabyrinthine методы включают вакцинацию наркотиков непосредственно во внутреннее ухо, что приводит к высокой дозе и широкого распространения. Однако intralabyrinthine методы требуют деликатных хирургических операций и инвазивных, ведущих к повреждению внутреннего уха функции. В настоящее время intralabyrinthine инъекции наркотиков используется только в исследованиях на животных, как не было продемонстрировано достаточно безопасными для использования в людей9. Таким образом хирургические процедуры должны быть упрощены, и снижает риск травмы перевести intralabyrinthine подходов в клинику.
Несколько intralabyrinthine подходы были оценены в животных путем инъекции через RWM5,10,11 и в scala СМИ12,13,14, Литавры Скала 15 , 16, Скала прихожую17, полукружных каналов16,18,,1920и endolymphatic мешок21. Каждый из этих подходов имеет свои преимущества и недостатки6. Доставка через РВМ-атравматической новорожденных мышей5,22. Однако мягкий слуха наблюдается у взрослых мышей после RWM инъекции23, возможно из-за среднего уха выпота после хирургии24. Скала СМИ инъекция, которая включает инъекции реагент непосредственно в endolymphatic пространство, содержащее сенсорные эпителия, достигает высокой реагент концентрация в целевом конце органов12,14, 25 , 26. Однако этот подход требует сложной процедурой и приводит к значительным высота порога слуха если позднее послеродовой день 5 (P5)25,27, который ограничивает его применение.
По сравнению с вышеупомянутыми intralabyrinthine подходов, canalostomy вызывает минимальное повреждение внутреннего уха, особенно взрослых мышей16,18,28,29,30, который является важное значение для оценки защитные эффекты и трансляционная аспекты. Кроме того грызунов, полукружных каналов расположены за пределами буллы, который облегчает хирургических процедур и избежать нарушения среднего уха во время операции. В клинике хирургии полукружных канала используются для неразрешимыми Доброкачественные пароксизмальная Позиционные vertigo31,,3233, предлагая клинические возможности canalostomy. Поскольку он был впервые описан Кавамото и др. 16 в 2001 году canalostomy был использован для доставки различных реагентов, таких как вирусных векторов, siRNA, стволовых клеток и аминогликозидов, в мышиных внутреннего уха18,19,28,29 ,34,35,,3637. Прививка аденоассоциированный вирус (AAV) векторов в canalostomy включить гиперэкспрессия экзогенных генов в эпителии чувств и первичный нейронов улитки и вестибулярные конец органов18,28, 29,30. Whirlin терапия гена, canalostomy восстанавливает функцию баланс и улучшает слух в мышиной модели человеческого Usher синдром19, предполагая, что это canalostomy полезно для исследования генной терапии для генетических cochleovestibular заболеваний. Трансплантации мезенхимальных стволовых клеток в canalostomy приводит к реорганизации улитковый фиброциты и восстановления слуха в мышиной модели острого Нейросенсорная слуха потери35. Кроме того canalostomy может использоваться для представления аминогликозидов в внутреннего уха установить вестибулярного поражения18,34,38, и многократные инъекции могут быть выполнены, если требуется18 , 34.
В настоящей статье мы расскажем, в деталях, canalostomy методы в взрослых и новорожденных мышей. Мы прививку различных реагентов, включая фаст зеленый краситель и AAV серотип 8 (AAV8), вместе с зеленого флуоресцентного белка (ГПУП) ген (AAV8-GFP) и стрептомицин, в мыши внутреннего уха оценить непосредственные и отдаленные результаты после canalostomy.
Protocol
Representative Results
Discussion
В этом исследовании мы показали, что доставки лекарств, canalostomy привели к широкое распространение реагента на протяжении улитки и вестибулярные конец органов. Как метод доставки генов внутреннего уха canalostomy привели к экспрессия гена GFP в ушах внутренняя взрослых и новорожденных мышей с ?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана Фонд национального естественных наук Китая (Грант номера 81570912, 81771016, 81100717).
Materials
| Polymide Tubing | A-M Systems | 823400 | |
| Polyethylene Tubing | Scientific Commodities Inc. | BB31695-PE/1 | |
| 10μl Microsyringe | Hamilton Company | 80001 | |
| Xylazine HCL | Sigma-Aldrich Co. Llc. | X-1251 | |
| Operating Miroscope | Carl Zeiss Optical LLC. | Pico | |
| Micro Forceps | Dumont Dumostar | 10576 | |
| Fast-green Dye | Sigma-Aldrich Co. Llc. | F7252 | |
| AAV8-GFP | BioMiao Biological Technology Co. Ltd (Beijing, China) | 20161101 | Titer: 2×10e12 vg/mL |
| Streptomycin Sulfate | Sigma-Aldrich Co. Llc. | S9137 | |
| Microinjection Pump | Stoelting Co. | 789100S | |
| Electric Pad | Pet Fun | 11072931136 | |
| 1 cc Syringe | Mishawa Medical Industries Ltd. (Shanghai, China) | 2011-3151258 | |
| Ketamine HCL | Gutian Pharmaceutical Co., Ltd. (Fujian, China) | H35020148 | |
| Electric Animal Clipper | Codos Electrical Appliances Co., Ltd. (Guangdong, China) | CP-8000 | |
| Cotton Pellet | Yatai Healthcare Ltd. (Henan, China) | Yu-2008-1640081 | |
| Suture | Shanghai Pudong Jinhuan Medical Products Co., Ltd. (Shanghai, China) | Hu-2013-2650207 | |
| Eye Ointment | Beijing Shuangji Pharmaceutical Ltd. (Beijng China) | H11021270 |
References
- Stachler, R. J., et al. Clinical practice guideline: sudden hearing loss. Otolaryngol Head Neck Surg. 146 (3 Suppl), S1-S35 (2012).
- Lentz, J. J., et al. Rescue of hearing and vestibular function by antisense oligonucleotides in a mouse model of human deafness. Nat Med. 19 (3), 345-350 (2013).
- Rivera, T., Sanz, L., Camarero, G., Varela-Nieto, I. Drug delivery to the inner ear: strategies and their therapeutic implications for sensorineural hearing loss. Curr Drug Deliv. 9 (3), 231-242 (2012).
- El Kechai, N., et al. Recent advances in local drug delivery to the inner ear. Int J Pharm. 494 (1), 83-101 (2015).
- Akil, O., Rouse, S. L., Chan, D. K., Lustig, L. R. Surgical method for virally mediated gene delivery to the mouse inner ear through the round window membrane. J Vis Exp. (97), e52187 (2015).
- Ahmed, H., Shubina-Oleinik, O., Holt, J. R. Emerging Gene Therapies for Genetic Hearing Loss. J Assoc Res Otolaryngol. 18 (5), 649-670 (2017).
- Murillo-Cuesta, S., et al. A Comparative Study of Drug Delivery Methods Targeted to the Mouse Inner Ear: Bullostomy Versus Transtympanic Injection. J Vis Exp. (121), e54951 (2017).
- Stevens, S. M., Brown, L. N., Ezell, P. C., Lang, H. The Mouse Round-window Approach for Ototoxic Agent Delivery: A Rapid and Reliable Technique for Inducing Cochlear Cell Degeneration. J Vis Exp. (105), e53131 (2015).
- Salt, A. N., Plontke, S. K. Principles of local drug delivery to the inner ear. Audiol Neurootol. 14 (6), 350-360 (2009).
- Akil, O., et al. Restoration of hearing in the VGLUT3 knockout mouse using virally mediated gene therapy. Neuron. 75 (2), 283-293 (2012).
- Pan, B., et al. Gene therapy restores auditory and vestibular function in a mouse model of Usher syndrome type 1c. Nat Biotechnol. 35 (3), 264-272 (2017).
- Kilpatrick, L. A., et al. Adeno-associated virus-mediated gene delivery into the scala media of the normal and deafened adult mouse ear. Gene Ther. 18 (6), 569-578 (2011).
- Izumikawa, M., et al. Auditory hair cell replacement and hearing improvement by Atoh1 gene therapy in deaf mammals. Nat Med. 11 (3), 271-276 (2005).
- Chang, Q., et al. Virally mediated Kcnq1 gene replacement therapy in the immature scala media restores hearing in a mouse model of human Jervell and Lange-Nielsen deafness syndrome. EMBO Mol Med. 7 (8), 1077-1086 (2015).
- Chen, Z., Mikulec, A. A., McKenna, M. J., Sewell, W. F., Kujawa, S. G. A method for intracochlear drug delivery in the mouse. J Neurosci Methods. 150 (1), 67-73 (2006).
- Kawamoto, K., Oh, S. H., Kanzaki, S., Brown, N., Raphael, Y. The functional and structural outcome of inner ear gene transfer via the vestibular and cochlear fluids in mice. Mol Ther. 4 (6), 575-585 (2001).
- Bowers, W. J., et al. Neurotrophin-3 transduction attenuates cisplatin spiral ganglion neuron ototoxicity in the cochlea. Mol Ther. 6 (1), 12-18 (2002).
- Wang, G. P., et al. Adeno-associated virus-mediated gene transfer targeting normal and traumatized mouse utricle. Gene Ther. 21 (11), 958-966 (2014).
- Isgrig, K., et al. Therapy Restores Balance and Auditory Functions in a Mouse Model of Usher Syndrome. Mol Ther. 25 (3), 780-791 (2017).
- Gassner, D., Durham, D., Pfannenstiel, S. C., Brough, D. E., Staecker, H. Canalostomy as a surgical approach for cochlear gene therapy in the rat. Anat Rec (Hoboken). 295 (11), 1830-1836 (2012).
- Yamasoba, T., Yagi, M., Roessler, B. J., Miller, J. M., Raphael, Y. Inner ear transgene expression after adenoviral vector inoculation in the endolymphatic sac. Hum Gene Ther. 10 (5), 769-774 (1999).
- Xia, L., Yin, S., Wang, J. Inner ear gene transfection in neonatal mice using adeno-associated viral vector: a comparison of two approaches. PLoS One. 7 (8), e43218 (2012).
- Chien, W. W., McDougald, D. S., Roy, S., Fitzgerald, T. S., Cunningham, L. L. Cochlear gene transfer mediated by adeno-associated virus: Comparison of two surgical approaches. Laryngoscope. 125 (11), 2557-2564 (2015).
- Zhu, B. Z., Saleh, J., Isgrig, K. T., Cunningham, L. L., Chien, W. W. Hearing Loss after Round Window Surgery in Mice Is due to Middle Ear Effusion. Audiol Neurootol. 21 (6), 356-364 (2017).
- Wang, Y., et al. Early postnatal virus inoculation into the scala media achieved extensive expression of exogenous green fluorescent protein in the inner ear and preserved auditory brainstem response thresholds. J Gene Med. 15 (3-4), 123-133 (2013).
- Lee, M. Y., et al. Survival of human embryonic stem cells implanted in the guinea pig auditory epithelium. Sci Rep. 7, 46058 (2017).
- Ishimoto, S., Kawamoto, K., Kanzaki, S., Raphael, Y. Gene transfer into supporting cells of the organ of Corti. Hear Res. 173 (1-2), 187-197 (2002).
- Okada, H., et al. Gene transfer targeting mouse vestibule using adenovirus and adeno-associated virus vectors. Otol Neurotol. 33 (4), 655-659 (2012).
- Suzuki, J., Hashimoto, K., Xiao, R., Vandenberghe, L. H., Liberman, M. C. Cochlear gene therapy with ancestral AAV in adult mice: complete transduction of inner hair cells without cochlear dysfunction. Sci Rep. 7, 45524 (2017).
- Guo, J. Y., et al. Cochleovestibular gene transfer in neonatal mice by canalostomy. Neuroreport. 28 (11), 682-688 (2017).
- Beyea, J. A., Agrawal, S. K., Parnes, L. S. Transmastoid semicircular canal occlusion: a safe and highly effective treatment for benign paroxysmal positional vertigo and superior canal dehiscence. Laryngoscope. 122 (8), 1862-1866 (2012).
- Naples, J. G., Eisen, M. D. The History and Evolution of Surgery on the Vestibular Labyrinth. Otolaryngol Head Neck Surg. 155 (5), 816-819 (2016).
- Hamilton, L., Keh, S., Spielmann, P. M., Hussain, S. S. How we do it: locating the posterior semicircular canal in occlusion surgery for refractory benign paroxysmal positional vertigo: a cadaveric temporal bone study. Clinical Otolaryngology. 41 (2), 190-193 (2016).
- Jung, J. Y., et al. siRNA targeting Hes5 augments hair cell regeneration in aminoglycoside-damaged mouse utricle. Mol Ther. 21 (4), 834-841 (2013).
- Kamiya, K., et al. Mesenchymal stem cell transplantation accelerates hearing recovery through the repair of injured cochlear fibrocytes. Am J Pathol. 171 (1), 214-226 (2007).
- Pfannenstiel, S. C., Praetorius, M., Plinkert, P. K., Brough, D. E., Staecker, H. Bcl-2 gene therapy prevents aminoglycoside-induced degeneration of auditory and vestibular hair cells. Audiol Neurootol. 14 (4), 254-266 (2009).
- Kawamoto, K., Izumikawa, M., Beyer, L. A., Atkin, G. M., Raphael, Y. Spontaneous hair cell regeneration in the mouse utricle following gentamicin ototoxicity. Hear Res. 247 (1), 17-26 (2009).
- Wang, G. P., et al. Notch signaling and Atoh1 expression during hair cell regeneration in the mouse utricle. Hear Res. 267 (1-2), 61-70 (2010).
- Pietola, L., et al. HOX-GFP and WOX-GFP lentivirus vectors for inner ear gene transfer. Acta Otolaryngol. 128 (6), 613-620 (2008).
- Han, J. J., et al. Transgene expression in the guinea pig cochlea mediated by a lentivirus-derived gene transfer vector. Hum Gene Ther. 10 (11), 1867-1873 (1999).
