O Porco em Miniatura: Um Modelo Animal de Grande Porte para Pesquisa de Implante Coclear
Summary
Porcos em miniatura (mini-porcos) são um modelo animal de grande porte ideal para a pesquisa de implantes cocleares. A cirurgia de implante coclear em mini-porcos pode ser utilizada para fornecer evidências iniciais da segurança e do desempenho potencial de novas matrizes de eletrodos e abordagens cirúrgicas em um sistema vivo semelhante aos seres humanos.
Abstract
Os implantes cocleares (IC) são o método mais eficaz para tratar pessoas com perda auditiva neurossensorial severa a profunda. Embora os ICs sejam usados em todo o mundo, não existe um modelo padrão para investigar a eletrofisiologia e histopatologia em pacientes ou modelos animais com IC ou para avaliar novos modelos de matrizes de eletrodos. Um modelo animal de grande porte com características de cóclea semelhantes às dos seres humanos pode fornecer uma plataforma de pesquisa e avaliação para matrizes avançadas e modificadas antes de seu uso em humanos.
Para este fim, estabelecemos métodos padrão de IC com mini-porcos Bama, cuja anatomia do ouvido interno é altamente semelhante à dos seres humanos. Matrizes projetadas para uso humano foram implantadas na mini cóclea de porco através de uma membrana de janela redonda, e uma abordagem cirúrgica seguida foi semelhante à usada para receptores humanos de IC. A inserção do array foi seguida por medidas de potencial de ação composto evocado (ECAP) para avaliar a função do nervo auditivo. Este estudo descreve a preparação do animal, as etapas cirúrgicas, a inserção da matriz e as medidas eletrofisiológicas intraoperatórias.
Os resultados indicaram que o mesmo IC usado para humanos poderia ser facilmente implantado em mini-porcos através de uma abordagem cirúrgica padronizada e produziu resultados eletrofisiológicos semelhantes aos medidos em receptores de IC humanos. Os mini-porcos podem ser um modelo animal valioso para fornecer evidências iniciais da segurança e do desempenho potencial de novas matrizes de eletrodos e abordagens cirúrgicas antes de aplicá-las aos seres humanos.
Introduction
De acordo com a Organização Mundial da Saúde (OMS), mais de 1 bilhão de pessoas estão em risco de perda auditiva em todo o mundo, e estima-se que, até 2050, uma em cada quatro pessoas sofrerá perda auditiva1. Nas últimas 2 décadas, os ICs têm sido a intervenção mais eficaz para pessoas com perda auditiva neurossensorial (PASN) severa e profunda permanente. Um IC converte sinais físicos de som em sinais bioelétricos que estimulam os neurônios ganglionares espirais (SGNs), ignorando as células ciliadas. Com o passar do tempo, as indicações de IC foram ampliadas para que passem a incluir pessoas com audição residual, perda auditiva unilateral e pessoas muito velhas ou jovens 2,3,4. Enquanto isso, ICs totalmente implantáveis e matrizes avançadas foram desenvolvidos5. Não há, no entanto, um modelo animal de grande porte economicamente viável para investigar a eletrofisiologia e histopatologia da orelha interna com IC. Essa falta de um modelo animal de grande porte limita a pesquisa que busca melhorar os ICs e obter insights sobre o impacto eletrofisiológico dos ICs no ouvido interno.
Vários modelos animais de roedores têm sido aplicados em pesquisas de IC, como camundongo6, gerbil7, rato8 e cobaia9; no entanto, as características da morfologia e das respostas eletrofisiológicas são diferentes das dos seres humanos. As estruturas cocleares de modelos animais tradicionalmente utilizados para estudos de IC, como gatos, cobaias e outros animais, diferem muito daquelas das estruturas cocleares humanas10. Embora a inserção de matrizes tenha sido conduzida em gatos11 e coelhos12, por causa de suas cócleas menores, isso foi feito com matrizes que não foram projetadas para uso em humanos. Vários modelos animais de grande porte também foram explorados para IC. Os cordeiros são adequados como modelo de treinamento para o implante coclear atraumático, mas o menor tamanho da cóclea impossibilita a inserção completa13. Os primatas podem ser os animais mais adequados para a pesquisa de IC devido à sua semelhança anatômica com os seres humanos14,15; no entanto, a maturidade sexual dos macacos é atrasada (4-5 anos), o período de gestação é de até cerca de 165 dias, e cada fêmea geralmente produz apenas uma prole por ano16. Essas razões, e o custo caro, dificultam a extensa aplicação de primatas na pesquisa de IC.
Em contraste, os porcos atingem a maturidade sexual aos 5-8 meses e têm um período de gestação de ~114 dias, tornando os porcos mais acessíveis para a pesquisa de IC como um modelo animal de grande porte16. Os mini porcos Bama (mini-porcos) originaram-se de uma espécie de porco de pequeno porte na China em 1985, cujo fundo genético é bem compreendido. Caracterizam-se por um pequeno tamanho inerente, maturidade sexual precoce, reprodução rápida e facilidade de manejo17. O mini-porco é um modelo ideal para otologia e audiologia devido à sua semelhança com os seres humanos em morfologia e eletrofisiologia18. O comprimento da scala tympani de um mini-porco Bama é de 38,58 mm, o que é próximo do comprimento de 36 mm em humanos10. A mini-cóclea de porco tem 3,5 voltas, o que é semelhante às 2,5-3 voltas vistas em humanos10. Além da morfologia, a eletrofisiologia dos mini-porcos Bama também é altamente semelhante à dos humanos18. Portanto, no presente estudo, inserimos matrizes projetadas para uso humano na cóclea de mini-porco através da membrana de janela redonda e seguimos uma abordagem cirúrgica semelhante à utilizada em receptores de IC humanos. Medidas de ECAP intraoperatórias foram aplicadas para avaliar o procedimento. O processo que descrevemos aqui poderia ser usado tanto para pesquisa translacional pré-clínica associada a ICs quanto como uma plataforma para treinamento de residentes.
Protocol
Representative Results
Discussion
Cerca de 15% da população mundial tem algum grau de perda auditiva e mais de 5% têm perda auditiva incapacitante21. O fornecimento de IC é o tratamento mais eficiente para pacientes adultos e pediátricos com perda auditiva neurossensorial severa e profunda. Como o primeiro estimulador de nervos cranianos implantável bem-sucedido, nas últimas 2 décadas, os ICs ofereceram a milhares de pessoas com perda auditiva a oportunidade de retornar ao mundo do som e (re)integrar-se à sociedade conven…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este estudo foi financiado por doações da Fundação Nacional de Ciências Naturais da China (Nos. 81970890) e do projeto de incentivo ao desempenho da Chongqing Scientific Research Institution (Nos. 19540). Agradecemos a Anandhan Dhanasingh e Zhi Shu da empresa MED-EL por seu apoio.
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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