미니어처 돼지: 인공와우 연구를 위한 대형 동물 모델
Summary
미니어처 돼지(미니 돼지)는 인공와우 연구에 이상적인 대형 동물 모델입니다. 미니 돼지의 인공와우 이식 수술은 인간과 유사한 생체 시스템에서 새로운 전극 어레이 및 수술 접근법의 안전성과 잠재적 성능에 대한 초기 증거를 제공하는 데 활용될 수 있습니다.
Abstract
인공와우(CI)는 고심도 감각신경성 난청 환자를 치료하는 가장 효과적인 방법입니다. CI는 전 세계적으로 사용되지만 CI를 사용한 환자 또는 동물 모델에서 전기 생리학 및 조직 병리학을 조사하거나 전극 어레이의 새로운 모델을 평가하기위한 표준 모델은 없습니다. 인간과 유사한 달팽이관 특성을 가진 대형 동물 모델은 인간에게 사용하기 전에 고급 및 수정 된 어레이에 대한 연구 및 평가 플랫폼을 제공 할 수 있습니다.
이를 위해 우리는 내이 해부학이 인간과 매우 유사한 Bama 미니 돼지로 표준 CI 방법을 확립했습니다. 인간용으로 설계된 어레이를 둥근 창 막을 통해 미니 돼지 달팽이관에 이식하고 인간 CI 수혜자에게 사용되는 것과 유사한 외과적 접근 방식을 따랐습니다. 어레이 삽입에 이어 청각 신경의 기능을 평가하기 위해 유발 복합 활동 전위 (ECAP) 측정이 이어졌습니다. 이 연구는 동물의 준비, 수술 단계, 배열 삽입 및 수술 중 전기 생리 학적 측정을 설명합니다.
결과는 인간에게 사용 된 동일한 CI가 표준화 된 외과 적 접근법을 통해 미니 돼지에 쉽게 이식 될 수 있고 인간 CI 수혜자에서 측정 된 것과 유사한 전기 생리 학적 결과를 산출 할 수 있음을 나타냅니다. 미니 돼지는 인간에게 적용하기 전에 새로운 전극 어레이 및 수술 접근법의 안전성과 잠재적 성능에 대한 초기 증거를 제공하는 귀중한 동물 모델이 될 수 있습니다.
Introduction
세계보건기구(WHO)에 따르면 전 세계적으로 10억 명이 넘는 사람들이 난청의 위험에 처해 있으며, 2050년까지 4명 중 1명이난청을 겪을 것으로 추정됩니다1. 지난 2 년 동안 CI는 영구적 인 중증 및 심도 감각 신경성 난청 (SNHL) 환자에게 가장 효과적인 중재였습니다. CI는 소리의 물리적 신호를 유모 세포를 우회하여 나선형 신경절 뉴런(SGN)을 자극하는 생체 전기 신호로 변환합니다. 시간이 지남에 따라 CI의 적응증이 확대되어 이제 잔여 청력, 편측성 난청, 매우 노인 또는 젊은 사람들을 포함합니다 2,3,4. 한편, 완전히 이식 가능한 CI 및 고급 어레이가 개발되었습니다5. 그러나 CI로 내이의 전기 생리학 및 조직 병리학을 조사하기위한 경제적으로 실현 가능한 대형 동물 모델은 없습니다. 이러한 대형 동물 모델의 부족은 CI를 개선하고 CI가 내이에 미치는 전기 생리 학적 영향에 대한 통찰력을 얻으려는 연구를 제한합니다.
여러 설치류 동물 모델이 CI 연구에 적용되었습니다 (예 : 마우스6, 저빌7, 쥐8 및 기니피그9); 그러나 형태 및 전기 생리 학적 반응의 특성은 인간의 특성과 다릅니다. 고양이, 기니피그 및 기타 동물과 같이 CI 연구에 전통적으로 사용되는 동물 모델의 달팽이관 구조는 인간 달팽이관 구조10의 구조와 크게 다릅니다. 배열 삽입은 고양이11 및 토끼12에서 수행되었지만 달팽이관이 작기 때문에 인간에게 사용하도록 설계되지 않은 배열로 수행되었습니다. CI에 대한 몇 가지 대형 동물 모델도 조사되었습니다. 어린 양은 외상성 인공와우 이식을 위한 훈련 모델로 적합하지만 달팽이관의 크기가 작기 때문에 전체 배열 삽입이 불가능합니다13. 영장류는 인간과의 해부학 적 유사성 때문에 CI 연구에 가장 적합한 동물 일 수 있습니다14,15; 그러나 원숭이의 성적 성숙은 지연되고 (4-5 년), 임신 기간은 최대 약 165 일이며, 각 암컷은 보통 1 년에 한 마리의 자손 만 생산합니다16. 이러한 이유와 값 비싼 비용은 CI 연구에서 영장류의 광범위한 적용을 방해합니다.
대조적으로, 돼지는 5-8 개월에 성적으로 성숙하고 임신 기간은 ~ 114 일이므로 돼지는 대형 동물 모델16으로 CI 연구에 더 쉽게 접근 할 수 있습니다. 바마 미니 돼지(미니 돼지)는 1985년 중국의 소형 돼지 종에서 유래했으며 유전적 배경이 잘 알려져 있습니다. 그들은 고유 한 작은 크기, 조기 성적 성숙, 빠른 번식 및 관리 용이성을 특징으로합니다17. 미니 돼지는 형태학 및 전기 생리학에서 인간과 유사하기 때문에 이학 및 청력학에 이상적인 모델입니다18. 바마 미니 돼지의 스칼라 팀파니 길이는 38.58mm로 인간10의 36mm 길이에 가깝습니다. 미니 돼지 달팽이관은 3.5 회전을하며 이는 인간10에서 볼 수있는 2.5-3 회전과 유사합니다. 형태학 외에도 Bama 미니 돼지의 전기 생리학은 인간18의 전기 생리학과 매우 유사합니다. 따라서 본 연구에서는 둥근 창 막을 통해 미니 돼지 달팽이관에 인간용으로 설계된 어레이를 삽입하고 인간 CI 수혜자에게 사용되는 것과 유사한 외과적 접근 방식을 따랐습니다. 수술 중 ECAP 측정은 절차를 평가하기 위해 적용되었습니다. 본원에서 설명하는 프로세스는 CI와 관련된 전임상 중개 연구 및 레지던트 교육을 위한 플랫폼으로 모두 사용될 수 있습니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
전 세계 인구의 약 15%가 어느 정도의 청력 손실이 있으며 5% 이상이 장애 난청을 가지고 있습니다21. CI 제공은 중증 및 심도 감각신경성 난청이 있는 성인 및 소아 환자 모두에게 가장 효율적인 치료법이다. 최초의 성공적인 이식형 뇌신경 자극기로서 지난 2년 동안 CI는 수천 명의 난청 환자에게 소리의 세계로 돌아가 주류 사회에 (재)통합할 수 있는 기회를 제공했습니다. CI는 이?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 연구는 중국 국립 자연 과학 재단 (Nos. 81970890)과 충칭 과학 연구 기관 성과 인센티브 프로젝트 (Nos. 19540)의 보조금으로 지원되었습니다. MED-EL 회사의 Anandhan Dhanasingh와 Zhi Shu의 지원에 감사드립니다.
Materials
| 0.5 mm diamond burr | |||
| 1 mm diamond burr | |||
| 5 mm diamond burr | |||
| 2-0 suture silk | |||
| 3D Slicer image computing platform | 3D reconstruction of CT image | ||
| Alcohol | |||
| Bipolar cautery | |||
| Bipolar electrocoagulation | Stop bleeding | ||
| CI designed for human use (CONCERTO FLEX28) | MED-EL | Concerto F28 | |
| Dressing forceps | |||
| ECG monitor | |||
| Iodine tincture | |||
| Isoflurane | 3.6 mL/h | ||
| Laryngoscope | |||
| MAESTRO Software | MED-EL | Measure ECAP responses | |
| Micro forceps | |||
| Micro spatula | |||
| Mosquito forceps | |||
| Needle holder | |||
| Needle probe | |||
| Negative pressure suction device | |||
| Otological surgical instruments | |||
| Respiratory Anesthesia Machine | |||
| Scalpel with blade No. 15 | |||
| Scissors | |||
| Shaver | |||
| Stimulation device (MAX Programming Interface) | MED-EL | Measure ECAP responses | |
| Surgery microscope | Leica | ||
| Surgical drill | |||
| Surgical Power Device | |||
| Tiletamine and zolazepan | 10-15 mg/kg | ||
| Tissue forceps | |||
| Trachea cannula |
Riferimenti
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