El cerdo miniatura: un modelo animal grande para la investigación de implantes cocleares
Summary
Los cerdos miniatura (mini-cerdos) son un modelo animal grande ideal para la investigación de implantes cocleares. La cirugía de implantación coclear en mini-cerdos se puede utilizar para proporcionar evidencia inicial de la seguridad y el rendimiento potencial de nuevas matrices de electrodos y enfoques quirúrgicos en un sistema vivo similar al de los seres humanos.
Abstract
Los implantes cocleares (IC) son el método más eficaz para tratar a las personas con pérdida auditiva neurosensorial de severa a profunda. Aunque los IC se utilizan en todo el mundo, no existe un modelo estándar para investigar la electrofisiología y la histopatología en pacientes o modelos animales con un IC o para evaluar nuevos modelos de matrices de electrodos. Un modelo animal grande con características de cóclea similares a las de los humanos puede proporcionar una plataforma de investigación y evaluación para matrices avanzadas y modificadas antes de su uso en humanos.
Con este fin, establecimos métodos estándar de IC con mini-cerdos Bama, cuya anatomía del oído interno es muy similar a la de los humanos. Las matrices diseñadas para uso humano se implantaron en la mini cóclea de cerdo a través de una membrana de ventana redonda, y se siguió un enfoque quirúrgico similar al utilizado para los receptores de IC humanos. La inserción de la matriz fue seguida por mediciones del potencial de acción compuesto evocado (ECAP) para evaluar la función del nervio auditivo. Este estudio describe la preparación del animal, los pasos quirúrgicos, la inserción de la matriz y las mediciones electrofisiológicas intraoperatorias.
Los resultados indicaron que el mismo IC utilizado para humanos podría implantarse fácilmente en mini cerdos a través de un enfoque quirúrgico estandarizado y produjo resultados electrofisiológicos similares a los medidos en receptores de IC humanos. Los mini-cerdos podrían ser un modelo animal valioso para proporcionar evidencia inicial de la seguridad y el rendimiento potencial de nuevas matrices de electrodos y enfoques quirúrgicos antes de aplicarlos a los seres humanos.
Introduction
Según la Organización Mundial de la Salud (OMS), más de 1.000 millones de personas están en riesgo de pérdida auditiva en todo el mundo, y se estima que, para 2050, una de cada cuatro personas sufrirá pérdida auditiva1. En las últimas 2 décadas, los IC han sido la intervención más efectiva para las personas con pérdida auditiva neurosensorial (SNHL) severa y profunda permanente. Un IC convierte las señales físicas del sonido en señales bioeléctricas que estimulan las neuronas ganglionares espirales (SGN), evitando las células ciliadas. Con el tiempo, las indicaciones para IC se han ampliado de modo que ahora incluyen a personas con audición residual, pérdida auditiva unilateral y personas muy ancianas o jóvenes 2,3,4. Mientras tanto, se han desarrollado ICs totalmente implantables y matrices avanzadas5. Sin embargo, no existe un modelo animal grande económicamente viable para investigar la electrofisiología e histopatología del oído interno con un IC. Esta falta de un modelo animal grande limita la investigación que busca mejorar los IC y obtener información sobre el impacto electrofisiológico de los IC en el oído interno.
Varios modelos de animales roedores se han aplicado en la investigación de IC, como el ratón6, el jerbo7, la rata8 y el conejillo de indias9; Sin embargo, las características de la morfología y las respuestas electrofisiológicas son diferentes de las de los humanos. Las estructuras cocleares de los modelos animales utilizados tradicionalmente para los estudios de IC, como gatos, conejillos de indias y otros animales, difieren mucho de las de las estructuras cocleares humanas10. Aunque la inserción de la matriz se ha realizado en gatos11 y conejos12, debido a sus cócleas más pequeñas, esto se hizo con matrices que no fueron diseñadas para su uso en humanos. También se han explorado varios modelos animales grandes para IC. Los corderos son muy adecuados como modelo de entrenamiento para el implante coclear atraumático, pero el tamaño más pequeño de la cóclea hace imposible la inserción de matriz completa13. Los primates podrían ser los animales más adecuados para la investigación de IC debido a su similitud anatómica con los humanos14,15; Sin embargo, la madurez sexual de los monos se retrasa (4-5 años), el período de gestación es de hasta aproximadamente 165 días, y cada hembra generalmente produce solo una descendencia por año16. Estas razones, y el alto costo, dificultan la amplia aplicación de primates en la investigación de IC.
En contraste, los cerdos alcanzan la madurez sexual a los 5-8 meses y tienen un período de gestación de ~ 114 días, lo que hace que los cerdos sean más accesibles para la investigación de IC como un modelo animal grande16. Los mini cerdos Bama (mini-cerdos) se originaron a partir de una especie de cerdo de tamaño pequeño en China en 1985, cuyos antecedentes genéticos son bien conocidos. Se caracterizan por un tamaño pequeño inherente, madurez sexual temprana, reproducción rápida y facilidad de manejo17. El mini-cerdo es un modelo ideal para otología y audiología debido a su similitud con los humanos en morfología y electrofisiología18. La longitud del tímpano de la escala de un mini cerdo Bama es de 38,58 mm, que está cerca de la longitud de 36 mm en humanos10. La cóclea mini-cerdo tiene 3.5 vueltas, que es similar a las 2.5-3 vueltas observadas en humanos10. Además de la morfología, la electrofisiología de los mini-cerdos de Bama también es muy similar a la de los humanos18. Por lo tanto, en el presente estudio, insertamos matrices diseñadas para uso humano en la cóclea mini-cerdo a través de la membrana de ventana redonda y seguimos un enfoque quirúrgico similar al utilizado en receptores de IC humanos. Se aplicaron mediciones intraoperatorias de ECAP para evaluar el procedimiento. El proceso que describimos aquí podría usarse tanto para la investigación traslacional preclínica asociada con IC como para la capacitación de residentes.
Protocol
Representative Results
Discussion
Alrededor del 15% de la población mundial tiene algún grado de pérdida auditiva, y más del 5% tiene pérdida auditiva discapacitante21. La provisión de IC es el tratamiento más eficiente para pacientes adultos y pediátricos con pérdida auditiva neurosensorial severa y profunda. Como el primer estimulador de nervios craneales implantable exitoso, en las últimas 2 décadas, los IC han ofrecido a miles de personas con pérdida auditiva la oportunidad de regresar al mundo del sonido y (re)int…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este estudio fue financiado por subvenciones de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (Nos. 81970890) y el proyecto de incentivo de rendimiento de la Institución de Investigación Científica de Chongqing (Nos. 19540). Agradecemos a Anandhan Dhanasingh y Zhi Shu de la compañía MED-EL por su apoyo.
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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