كانالوستومي كنهج العمليات جراحية لإيصال الأدوية المحلية إلى آذان الداخلية من الفئران الكبار والأطفال حديثي الولادة
Summary
هنا يمكننا وصف الإجراء كانالوستومي الذي يتيح إيصال الأدوية المحلية إلى آذان الفئران الكبار والأطفال حديثي الولادة من خلال القناة نصف دائري مع الحد الأدنى من الأضرار الداخلية للوظيفة السمعية والدهليزيه. يمكن استخدام هذا الأسلوب لتطعيم النواقل الفيروسية، والمستحضرات الصيدلانية، والجزيئات الصغيرة في الإذن الداخلية الماوس.
Abstract
التسليم المحلي للعقاقير العلاجية في الإذن الداخلية علاج واعدة لأمراض الإذن الداخلية. حقن من خلال القنوات نصف دائري (كانالوستومي) تبين أن يكون نهجاً مفيداً لإيصال الأدوية المحلية إلى الإذن الداخلية. والهدف من هذه المادة لوصف بالتفصيل، التقنيات الجراحية المعنيين في كانالوستومي في الفئران كل من الكبار والأطفال حديثي الولادة. كما أشارت بصبغ الأخضر سريع والمرتبطة بالغدة الفيروس النمط المصلي المسيطر 8 مع الجينات البروتينات الفلورية الخضراء، سهلت كانالوستومي التوزيع الواسع لحقن المواد الكاشفة في القوقعة وأجهزة نهاية الدهليزية مع الحد الأدنى من الضرر للسمع و الوظيفة الدهليزية. نفذت بنجاح عملية جراحية في الفئران كل من الكبار والأطفال حديثي الولادة؛ وفي الواقع، يمكن أن يكون إجراء عملية جراحية متعددة إذا لزم الأمر. وفي الختام، كانالوستومي هو نهج فعالة وآمنة لإيصال الأدوية إلى آذان الداخلية من الفئران الكبار والأطفال حديثي الولادة، ويمكن استخدامها لعلاج أمراض الإذن الداخلية البشرية في المستقبل.
Introduction
الحسي في الاستماع إلى الخسارة والدهليزيه خلل يؤثر على عدد كبير من المرضى، وهي وثيقة المرتبطة باضطرابات الإذن الداخلية. توصيل الأدوية العلاجية في الإذن الداخلية يبشر بالخير لعلاج اضطرابات الإذن الداخلية. يمكن استخدام نهج النظام أو المحلية توصيل العقاقير إلى الإذن الداخلية. وتعامل بعض أمراض الإذن الداخلية بنجاح مع إدارة المخدرات الجهازية، مثل فقدان السمع المفاجئ مجهول السبب، التي يتم التعامل عادة مع الجهازية ستيرويد1. وبالإضافة إلى ذلك، أظهرت لينتز et al. أن الإدارة المنهجية للعقاقير اليغنوكليوتيد قادرة على تحسين السمع والتوازن بين وظائف في النموذج2الماوس متحولة Ush1c. بيد أن جزءا كبيرا من أمراض الإذن الداخلية لا فعالية تعامل إدارة المخدرات الجهازية بسبب حاجز الدم-متاهة، مما يحد من وصول المخدرات إلى الإذن الداخلية3،4. وفي المقابل، استراتيجيات تسليم المخدرات المحلية يمكن علاج اضطرابات الإذن الداخلية أكثر كفاءة. وفي الواقع، الإذن الداخلية يحتمل أن تكون هدفا مثاليا لإيصال الأدوية المحلية؛ أنه مليء بالسوائل، مما ييسر نشر المخدرات بعد نشر موقع واحد أو الحقن، وأنها معزولة نسبيا من الأجهزة المجاورة، مما يحد من الآثار الجانبية5،6.
وتشمل استراتيجيات تسليم المخدرات المحلية أساليب إينتراتيمبانيك وإينترالابيرينثيني. فعالية المسار إينتراتيمبانيك يعتمد إلى حد كبير على نفاذية المخدرات من خلال نافذة جولة الغشاء (روم) وفترة الإقامة من المخدرات في روم3،4،،من78. وهكذا، أنها ليست مناسبة لإيصال المخدرات أو المواد الكاشفة التي لا يمكن اختراق في روم. أساليب إينترالابيرينثيني تشمل التطعيم للمخدرات مباشرة في الإذن الداخلية، نتج عنه جرعة عالية وتوزيعها على نطاق واسع. ومع ذلك، أساليب إينترالابيرينثيني تتطلب العمليات الجراحية الدقيقة والغازية، مما أدى إلى إلحاق الضرر بوظيفة الإذن الداخلية. حاليا، يتم استخدام حقن المخدرات إينترالابيرينثيني فقط في الدراسات الحيوانية كما أنه لم يثبت أن تكون آمنة بما فيه الكفاية لاستخدامها في البشر9. ولذلك، يجب تبسيط الإجراءات الجراحية، وتقليل مخاطر الإصابة بترجمة النهج إينترالابيرينثيني في العيادة.
وقد قسمت عدة نهج إينترالابيرينثيني في الحيوانات بالحقن من خلال ال10،،من5روم11 وفي سكالا وسائل الإعلام12،،من1314، حبل سكالا 15 , 16و الدهليز سكالا17والقنوات نصف دائري16،،من1819،20و كيس اندوليمفاتيك21. كل من هذه النهوج على مزايا وعيوب6. يتم التسليم عن طريق روم أتراوماتيك في الفئران حديثي الولادة5،22. ومع ذلك، لوحظ فقدان السمع معتدل في الفئران الكبار بعد روم حقن23، ربما بسبب انصباب الإذن الوسطى بعد الجراحة24. حقن وسائل الإعلام سكالا، الذي ينطوي على حقن الكاشف مباشرة إلى الفضاء اندوليمفاتيك التي تحتوي على ظهارة الحسية، يحقق كاشف عالية تركيز في الهدف أجهزة نهاية12،14، 25 , 26-ومع ذلك، هذا النهج يتطلب إجراءات معقدة ويؤدي ارتفاع كبير على عتبة السمع إذا أجرى في وقت لاحق من اليوم بعد الولادة 5 (P5)25،27، مما يحد من تطبيقه.
مقارنة النهج إينترالابيرينثيني المشار إليها أعلاه، كانالوستومي يسبب الحد الأدنى من الضرر للإذن الداخلية، لا سيما في الفئران الكبار16،18،28،،من2930، مهمة لتقييم تأثيرات واقية وجوانب متعدية الجنسيات. وعلاوة على ذلك، تقع القنوات نصف دائري في القوارض، خارج الفقاعة، مما يسهل الإجراءات الجراحية ويتجنب حدوث اضطراب الإذن الوسطى أثناء الجراحة. في العيادة، تستخدم القناة نصف دائري العمليات الجراحية المستعصية الدوار الموضعية الانتيابي الحميد31،32،33، مما يوحي بإمكانية كانالوستومي السريرية. نظراً لأنه أول وصف كاواموتو et al. وقد استخدم 16 في عام 2001، كانالوستومي لتوفير الكواشف المختلفة، مثل امينوغليكوزيد، والخلايا الجذعية، النواقل الفيروسية و siRNA إلى الإذن الداخلية موريني18،،من1928،29 ،34،35،،من3637. تطعيم نواقل الفيروسات المرتبطة بالغدة (إف) التي كانالوستومي تمكين overexpression جينات الخارجية في ظهارة الحسية والخلايا العصبية الأولية القوقعة وأجهزة نهاية الدهليزية18،28، 29،30. ويرلين العلاج الجيني كانالوستومي باستعادة وظيفة التوازن ويحسن السمع في طراز ماوس البشري تستهل متلازمة19، مما يوحي بأن كانالوستومي مفيد للدراسات المتعلقة بالعلاج الجيني للأمراض الوراثية كوتشليوفيستيبولار. زرع الخلايا الجذعية الوسيطة التي كانالوستومي النتائج في إعادة تنظيم cochlear فيبروسيتيس واستعادة السمع في نموذج الفئران من فقدان السمع الحسي الحاد35. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام كانالوستومي لإدخال الامينوجليكوزيدات في الإذن الداخلية وضع آفات الدهليزية18،،من3438، ويمكن إجراء حقن متعددة إذا لزم الأمر18 , 34.
في هذه المادة، يصف لنا، بالتفصيل، تقنيات كانالوستومي في الفئران الكبار والأطفال حديثي الولادة. نحن تلقيح الكواشف المختلفة، بما في ذلك صبغ الأخضر سريع والنمط المصلي المسيطر إف 8 (AAV8)، إلى جانب الجينات البروتينات الفلورية الخضراء (التجارة والنقل) (AAV8-التجارة والنقل) وستربتوميسين، في الإذن الداخلية الماوس على تقييم نتائج فورية وطويلة الأجل بعد كانالوستومي.
Protocol
Representative Results
Discussion
واظهرنا في هذه الدراسة، أن تسليم المخدرات التي كانالوستومي أدى إلى توزيع واسع النطاق للكاشف طوال القوقعة وأجهزة نهاية الدهليزية. كطريقة إيصال جينات إذن الداخلية، أدى كانالوستومي تعبير بروتينات فلورية خضراء في الأذنين الداخلية من الفئران الكبار والأطفال حديثي الولادة مع الحد الأدنى من ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وأيد هذا العمل “مؤسسة العلوم الطبيعية الوطنية الصينية” (أرقام المنح 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).
