Gewijzigde experimentele omstandigheden voor lawaai-geïnduceerd gehoorverlies bij muizen en beoordeling van de gehoorfunctie en schade aan de buitenste haarcellen
Summary
Hier presenteren we een protocol voor een muismodel van lawaai-geïnduceerd gehoorverlies (NIHL). Om NIHL te induceren, ontwikkelden we een nieuw en eenvoudig apparaat met golfkarton, een rattenvangkooi en een luidspreker. Auditieve hersenstamrespons en immunofluorescentie beeldvorming werden gebruikt om respectievelijk de gehoorfunctie en de buitenste haarcelbeschadiging te beoordelen.
Abstract
Een diermodel van lawaai-geïnduceerd gehoorverlies (NIHL) is nuttig voor pathologen, therapeuten, farmacologen en gehooronderzoekers om het mechanisme van NIHL grondig te begrijpen en vervolgens de bijbehorende behandelingsstrategieën te optimaliseren. Deze studie heeft tot doel een verbeterd protocol te creëren voor het ontwikkelen van een muismodel van NIHL. Mannelijke C57BL/6J muizen werden gebruikt in deze studie. Onverdoofde muizen werden blootgesteld aan harde geluiden (1 en 6 kHz, gelijktijdig gepresenteerd bij 115-125 dB SPL-A) continu gedurende 6 uur per dag gedurende 5 opeenvolgende dagen. De auditieve functie werd 1 dag en 1 week na blootstelling aan lawaai beoordeeld met behulp van auditieve hersenstamrespons (ABR). Na de ABR-meting werden de muizen opgeofferd en werden hun organen van Corti verzameld voor immunofluorescentiekleuring. Uit de metingen van de auditieve hersenstamrespons (ABR) werd 1 dag na blootstelling aan lawaai significant gehoorverlies waargenomen. Na 1 week daalden de gehoordrempels van de experimentele muizen tot ~80 dB SPL, wat nog steeds een significant hoger niveau was dan de controlemuizen (~40 dB SPL). Uit de resultaten van immunofluorescentiebeeldvorming bleek dat buitenste haarcellen (OHC’s) beschadigd waren. Samenvattend hebben we een model van NIHL gemaakt met mannelijke C57BL / 6J-muizen. Een nieuw en eenvoudig apparaat voor het genereren en leveren van zuivere toonruis werd ontwikkeld en vervolgens gebruikt. Kwantitatieve metingen van gehoordrempels en morfologische bevestiging van OHC-schade toonden beide aan dat het toegepaste geluid met succes een verwacht gehoorverlies veroorzaakte.
Introduction
Ongeveer 1,3 miljard mensen wereldwijd lijden aan gehoorverlies als gevolg van blootstelling aan lawaai1. In deze studie wilden we een duidelijk stapsgewijs proces opzetten voor het induceren en bevestigen van lawaaigeïnduceerd gehoorverlies (NIHL). NIHL is het gevolg van een degeneratie/vernietiging van de haarcellen (HC’s) en spiraalvormige ganglionneuronen (SGN’s), schade in de HC-stereocilia en/of verlies van synapsen tussen de cochleaire binnenste HC’s en SGN’s. Dergelijke afwijkingen kunnen naast NIHL ook tinnitus en verminderde spraakperceptie veroorzaken (vooral in een complexe akoestische omgeving). Sociale, psychologische en cognitieve functies kunnen achtereenvolgens worden beïnvloed door deze fysiologische tekortkomingen 2,3,4,5,6.
In NIHL-gerelateerde preklinische studies op basis van muizen zijn de meest populaire muizenstammen CBA / CaJ 2,3,6,7 en C57BL / 6 4,5,8. De mannelijke 3,4,7 muizen worden bovendien vaker gebruikt dan de vrouwelijke, omdat oestrogeen een beschermend effect heeft op het gehoor. Daarom gebruikten we in deze studie alleen mannelijke muizen9. Na verwijzing naar de literatuur kozen we 1 kHz en 6 kHz als de frequenties van de toegepaste ruis. De intensiteit van het toegepaste geluid was 115 dB SPL-A (rondom de kooi) tot 125 dB SPL-A (in het midden van de kooi). Na blootstelling van de experimentele muizen aan het geluid continu gedurende 6 uur per dag, gedurende 5 opeenvolgende dagen, gaf een optimale toename van de gehoordrempel aan dat een optimale mate van NIHL werd gegenereerd in de experimentele muizen. De handelingen voor het hanteren van de dieren, het bouwen van de experimentele opstelling en het induceren van geluid worden allemaal duidelijk stap voor stap beschreven in het meegeleverde protocol.
Protocol
Representative Results
Discussion
NIHL kan worden onderverdeeld in twee typen: tijdelijke NIHL, die een tijdelijke verschuiving van de gehoordrempel laat zien, en permanente NIHL, die wordt gekenmerkt door een permanente gehoordrempelverschuiving. Het gehoorverlies dat we op de 6e dag (1 dag na de blootstelling aan lawaai) hebben waargenomen, wordt verondersteld een combinatie van deze twee typen te zijn. In dit geval zou de gehoordrempel in de loop van de tijd een geleidelijk herstel vertonen als gevolg van de temporele component van gehoorve…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We danken de subsidies van het ministerie van Wetenschap en Technologie (MOST) van de Taiwanese regering (MOST 110-2314-B-715-005, MOST 111-2314-B-715-009-MY3) en intramurale onderzoeksbeurzen van Mackay Medical College (MMC-RD-110-1B-P030, MMC-RD-111-CF-G002-03).
Materials
| 1/4" CCP Free-field Standard Microphone Set | GRAS | 428158 | For noise exposure |
| Amplifier Input Module, AMI100D | BIOPAC | For auditory brainstem response | |
| Bio-amplifier, BIO100C | BIOPAC | For auditory brainstem response | |
| Bovine Serum Albumin | SIGMA | A9647 | Immunofluorescence staining |
| Cellsens software | Olympus life science | Image acquisition | |
| Corrugated plastic | |||
| DAPI fluoromount | SouthernBiotech | 0100-20 | Immunofluorescence staining |
| Ethylenediaminetetraacetic acid | SIGMA | E5134 | Decalcification |
| Evoked Response Amplifier, ERS100C | BIOPAC | For auditory brainstem response | |
| Formaldehyde | APLHA | F030410 | Fixation of cochlear |
| High Performance Data Acquisition System, MP160 | BIOPAC | For auditory brainstem response | |
| Modular Extension Cable, MEC110C | BIOPAC | For auditory brainstem response | |
| Myo7A primary antibody | Proteus | 25-6790 | Immunofluorescence staining |
| Myo7A secondary antibody | Jackson immunoresearch | 711-545-152 | Immunofluorescence staining |
| Needle Electrode, Unipolar 12 mmTp, EL452 | BIOPAC | For auditory brainstem response | |
| phalloidin antibody | Alexa Fluor | A12381 | Immunofluorescence staining |
| phosphate-buffered saline | SIGMA | P4417 | |
| Rat trap cage | 14 cm x 17 cm x 24cm | ||
| ROMPUN- xylazine injection, solution | Bayer HealthCare, LLC | ||
| Sound amplifier, MT-1000 | unika | For noise exposure | |
| Sound generator/analyzer/miscellaneous, FW-02 | CLIO | 620300719 | For noise exposure |
| Soundproof chamber | IEA Electro-Acoustic Technology | For noise exposure and ABR | |
| Speaker | IEA Electro-Acoustic Technology | For noise exposure | |
| Stimulator Module, STM100C | BIOPAC | For auditory brainstem response | |
| Triton X-100 | SIGMA | T8787 | Immunofluorescence staining |
| Tubephone Set, OUT101 | BIOPAC | For auditory brainstem response | |
| Upright Microscope, BX53 | Olympus | Image acquisition | |
| Zoletil | Virbac |
References
- World Report on Hearing. World Health Organization Available from: https://www.who.int/publications/i/item/9789240020481 (2021)
- Fernandez, K. A., et al. Noise-induced cochlear synaptopathy with and without sensory cell loss. Neurosciences. 427, 43-57 (2020).
- Kujawa, S. G., Liberman, M. C. Adding insult to injury: cochlear nerve degeneration after "temporary" noise-induced hearing loss. The Journal of Neuroscience. 29 (45), 14077-14085 (2009).
- Wang, J., et al. Overexpression of X-linked inhibitor of apoptosis protein protects against noise-induced hearing loss in mice. Gene Therapy. 18 (6), 560-568 (2011).
- Takeda, S., Mannström, P., Dash-Wagh, S., Yoshida, T., Ulfendahl, M. Effects of aging and noise exposure on auditory brainstem responses and number of presynaptic ribbons in inner hair cells of C57BL/6J mice. Neurophysiology. 49 (5), 316-326 (2017).
- Rouse, S. L., Matthews, I. R., Li, J., Sherr, E. H., Chan, D. K. Integrated stress response inhibition provides sex-dependent protection against noise-induced cochlear synaptopathy. Scientific Reports. 10 (1), 18063 (2020).
- Amanipour, R. M., et al. Noise-induced hearing loss in mice: Effects of high and low levels of noise trauma in CBA mice. Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. 2018, 1210-1213 (2018).
- Edderkaoui, B., Sargsyan, L., Hetrick, A., Li, H. Deficiency of duffy antigen receptor for chemokines ameliorated cochlear damage from noise exposure. Frontiers in Molecular Neuroscience. 11, 173 (2018).
- Hultcrantz, M., Simonoska, R., Stenberg, A. E. Estrogen and hearing: a summary of recent investigations. Acta Oto-laryngologica. 126 (1), 10-14 (2006).
- Tsai, S. C. -. S., et al. The intravenous administration of skin-derived mesenchymal stem cells ameliorates hearing loss and preserves cochlear hair cells in cisplatin-injected mice: SMSCs ameliorate hearing loss and preserve outer hair cells in mice. Hearing Research. 413, 108254 (2022).
- Choi, M. Y., Yeo, S. W., Park, K. H. Hearing restoration in a deaf animal model with intravenous transplantation of mesenchymal stem cells derived from human umbilical cord blood. Biochemical and Biophysical Research Communications. 427 (3), 629-636 (2012).
- Yu, S. -. K., et al. Morphological and functional evaluation of ribbon synapses at specific frequency regions of the mouse cochlea. Journal of Visualized Experiments. (147), e59189 (2019).
