Canalostomy כמו הגישה כירורגי של משלוח סמים מקומי לתוך האוזן הפנימית של עכברים בוגרים ו Neonatal
Summary
כאן נתאר canalostomy הליך המאפשר משלוח סמים מקומי לתוך האוזן הפנימית של עכברים בוגרים ו neonatal דרך תעלת semicircular במינימום נזקים לפונקציה שמיעה ואת שיווי המשקל. בשיטה זו ניתן לחסן וקטורים ויראלי, פרמצבטיקה, מולקולות קטנות לתוך האוזן הפנימית העכבר.
Abstract
מסירה מקומי של תרופות טיפוליות לתוך האוזן הפנימית הוא טיפול מבטיח למחלות האוזן הפנימית. הזרקה דרך תעלות semicircular (canalostomy) הוכח להיות הגישה שימושי של משלוח סמים מקומי לתוך האוזן הפנימית. מטרת המאמר היא לתאר, בפירוט, טכניקות ניתוחיות מעורב canalostomy בעכברים מבוגרים והן neonatal. כפי שצוין על-ידי צבע ירוק-מהיר וירוס adeno-הקשורים serotype 8 עם הגן חלבון פלואורסצנטי ירוק, canalostomy הקל הפצה רחב של ריאגנטים מוזרק שבלול ו סוף-אברי שיווי המשקל עם נזק מינימלי שמיעה ו פונקציית שיווי המשקל. הניתוח בוצע בהצלחה בעכברים מבוגרים והן neonatal; אכן, היתה אפשרות לבצע ניתוחים מרובים אם נדרש. לסיכום, canalostomy היא גישה יעילה ובטוחה משלוח סמים לתוך האוזן הפנימית של עכברים בוגרים ו neonatal, עשוי לשמש לטיפול במחלות האוזן הפנימית האדם בעתיד.
Introduction
Sensorineural שומע ואובדן של תפקוד שיווי המשקל משפיע על מספר ניכר של החולים ושל הם מקרוב הקשורים הפרעות באוזן הפנימית. מסירת תרופות טיפוליות לתוך האוזן הפנימית מראה הבטחה לטיפול של הפרעות באוזן הפנימית. בגישה מערכתית או מקומי יכול לשמש כדי לספק סמים לתוך האוזן הפנימית. כמה מחלות האוזן הפנימית מטופלים בהצלחה עם הממשל, סמים מערכתית, כגון אובדן שמיעה פתאומי אידיופטית, אשר מטופלת בדרך כלל עם סטרואידים מערכתית1. בנוסף, לנץ. et al. הראה כי ניהול מערכתי של antisense oligonucleotide היה מסוגל לשפר את השמיעה ולאיזון פונקציות במודל עכבר מוטציה Ush1c2. עם זאת, חלק גדול של מחלות האוזן הפנימית לא ביעילות מטופלים על ידי מערכתית והתרופות האמריקני בגלל מחסום דם-המבוך, אשר מגביל את הגישה סמים עד3,באוזן הפנימית4. לעומת זאת, אסטרטגיות משלוח סמים מקומי אפשר לטפל הפרעות באוזן הפנימית ביעילות רבה יותר. אכן, האוזן הפנימית הוא פוטנציאל מטרה אידיאלית עבור משלוח סמים מקומי; הוא מלא נוזל, המאפשרת הפצת התרופה אחרי אחד-אתר דיפוזיה או הזרקה, וזה יחסית מבודד איברים סמוכים, אשר מגביל את תופעות הלוואי-5,6.
אסטרטגיות משלוח סמים מקומי כוללים שיטות intratympanic intralabyrinthine. היעילות של המסלול intratympanic מסתמך במידה רבה על סמים חדירות דרך קרום חלון עגול (RWM) ואת הזמן מגורים של התרופה על7,84,3,RWM. לכן, היא לא מתאימה להעברת סמים או ריאגנטים לא יכול לחדור את RWM… שיטות intralabyrinthine לערב חיסון של סמים ישירות לתוך האוזן הפנימית, וכתוצאה מכך במינון גבוה והפצה נרחבת. עם זאת, שיטות intralabyrinthine לדרוש ניתוחים עדינים, הינם פולשניים, מוביל לפגיעה באוזן הפנימית הפונקציה. כיום, intralabyrinthine הזרקה של תרופות משמש רק במחקרים שנעשו בבעלי חיים זה לא הוכח כדי להיות מספיק בטוחים לשימוש בני9. לכן, עליך ניתן לפשט הליכים כירורגיים, הסיכון של פגיעה מופחתת לתרגם גישות intralabyrinthine לתוך המרפאה.
להיות מוערך מספר גישות intralabyrinthine בבעלי חיים על ידי הזרקה דרך ה5,RWM10,11 ולתוך סקאלה מדיה12,13,14, טימפני סקאלה 15 , 16, פרוזדור סקאלה17,19,2018,16,semicircular תעלות ו ה שק endolymphatic21. כל הגישות הללו יש יתרונות וחסרונות6. משלוח דרך RWM הוא atraumatic עכברים neonatal5,22. עם זאת, אובדן שמיעה קלה הוא ציין בעכברים בוגרים לאחר RWM הזרקת23, כנראה עקב תפליט באוזן התיכונה לאחר הניתוח24. סקאלה מדיה הזרקה, אשר מערבת את הזריקה מהתרכובת ישירות לתוך המרחב endolymphatic המכיל האפיתל חושית, משיגה ריכוז גבוה ריאגנט יעד סיום-איברים12,14, 25 , 26. עם זאת, גישה זו דורש הליך מורכב ותוצאות משמעותיות העלאת סף שמיעה אם הופיעה מאוחר יותר לאחר הלידה יום 5 (P5)25,27, אשר מגביל את היישום שלה.
לעומת הגישות intralabyrinthine הנ ל, canalostomy גורם נזק מינימלי האוזן הפנימית, במיוחד ב עכברים בוגרים16,18,28,29,30, אשר הוא חשוב להערכת ההשפעות המגנות והיבטים translational. יתר על כן, בחולדות, התעלות semicircular נמצאים מעבר בולה, אשר מקלה על ניתוחים, מונע הפרעה של האוזן התיכונה במהלך הניתוח. במרפאה, ניתוחים semicircular תעלת משמשים סורר פרוקסיזמלי פריפרי31,32,33, רומז היתכנות קליני canalostomy. מאז זה תוארה לראשונה על ידי Kawamoto et al. 16 בשנת 2001, canalostomy שימש להעברת נוגדנים שונים, כגון נגיפי וקטורים, siRNA, תאי גזע, aminoglycoside, לתוך האוזן הפנימית מאתר18,19,28,29 ,34,35,36,37. חיסון של וקטורים adeno-הקשורים וירוס (AAV) על ידי canalostomy לאפשר ביטוי של גנים אקסוגני האפיתל חושית נוירונים העיקרי של שבלול ו- end-אברי שיווי המשקל18,28, 29,30. Whirlin ריפוי גנטי על ידי canalostomy משחזר פונקציה מאזן ומשפר את הדיון במודל של עכברים של האדם אשר תסמונת19, מציע ש-canalostomy הזה הוא שימושי עבור מחקרים של טיפול גנטי למחלות גנטיות cochleovestibular. השתלת של גזע mesenchymal על ידי canalostomy תוצאות רה-ארגון של שבלולי fibrocytes שמיעה שחזור במודל של עכברים של אובדן שמיעה sensorineural35. בנוסף, ניתן להשתמש canalostomy כדי להציג את aminoglycosides לתוך האוזן הפנימית להקים נגעים שיווי המשקל18,34,38, ניתן לבצע זריקות מרובות אם נדרש18 , 34.
במאמר הנוכחי, אנו מתארים, בפירוט, טכניקות canalostomy בעכברים מבוגרים ו neonatal. אנחנו מחוסן נוגדנים שונים, כולל צבע ירוק-מהיר AAV serotype 8 (AAV8), יחד עם חלבון פלואורסצנטי ירוק (GFP) ג’ין (AAV8-GFP), סטרפטומיצין, לתוך האוזן הפנימית העכבר כדי להעריך את התוצאות בטווח המיידי ובטווח הארוך לאחר canalostomy.
Protocol
Representative Results
Discussion
במחקר זה, הראינו כי משלוח סמים על ידי canalostomy, גרמו הפצה נרחבת של הכימית ברחבי שבלול סוף-אברי שיווי המשקל. כמו שיטת משלוח ג’ין באוזן הפנימית, canalostomy הביא בביטוי GFP לאוזניים הפנימיות של עכברים בוגרים ו neonatal במינימום נזקים לפונקציה שמיעה ואת שיווי המשקל. יתר על כן, זריקות מרובות ניתן לבצע בקלות ב…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי נבחרת מדעי הטבע קרן של סין (גרנט מספרים 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).
