कॉकलियर प्रत्यारोपण के पशु मॉडल विद्युत उत्तेजना के साथ स्थाई sensorineural सुनवाई हानि के इलाज के तकनीकी ठिकानों के ज्ञान अग्रिम कर सकते हैं । इस अध्ययन में एक इलेक्ट्रोड सरणी के तीव्र गगनभेदी और कॉकलियर आरोपण के लिए एक शल्य चिकित्सा प्रोटोकॉल प्रस्तुत करता है और साथ ही श्रवण brainstem प्रतिक्रिया के साथ कार्यात्मक मूल्यांकन.
कॉकलियर प्रत्यारोपण (सीआईएस) neuroprosthetic डिवाइस हैं जो बधिर लोगों को सुनने की भावना प्रदान कर सकते हैं । हालांकि, एक CI सुनवाई के सभी पहलुओं को बहाल नहीं कर सकता । प्रत्यारोपण प्रौद्योगिकी के सुधार की जरूरत है अगर CI उपयोगकर्ताओं संगीत अनुभव करने के लिए कर रहे हैं और अधिक प्राकृतिक वातावरण में प्रदर्शन, इस तरह के बाहर प्रतिस्पर्धा टॉकीज के साथ एक आवाज सुनने के रूप में, प्रतिबिंब, और अन्य ध्वनियों. इस तरह के सुधार के लिए प्रयोगात्मक पशुओं को बेहतर कोक्लीअ में बिजली की उत्तेजना और पूरे श्रवण प्रणाली में अपनी प्रतिक्रियाओं के तंत्र को समझने की आवश्यकता है । माउस एक तेजी से आकर्षक कई आनुवंशिक मॉडल उपलब्ध होने के कारण मॉडल है । हालांकि, एक CI मॉडल के रूप में इस प्रजाति का सीमित उपयोग मुख्य रूप से छोटे इलेक्ट्रोड arrays प्रत्यारोपित की कठिनाई की वजह से है । शल्य प्रक्रिया के बारे में अधिक जानकारी के लिए बहुत रुचि के है इसलिए CI अनुसंधान में चूहों के उपयोग का विस्तार कर रहे हैं ।
इस रिपोर्ट में, हम विस्तार में वर्णन तीव्र फरियाद और कॉकलियर C57BL/6 माउस तनाव में एक इलेक्ट्रोड सरणी के आरोपण के लिए प्रोटोकॉल. हम विद्युत के साथ इस प्रक्रिया के कार्यात्मक प्रभावकारिता प्रदर्शित-श्रवण brainstem प्रतिक्रिया (eABR) और चेहरे तंत्रिका उत्तेजना के उदाहरण दिखाते हैं । अंत में, हम भी एक गगनभेदी प्रक्रिया जब एक सामांय रूप से सुनने के जानवर का उपयोग सहित के महत्व पर चर्चा । इस माउस मॉडल आनुवंशिक और neurobiological तंत्र है कि CI उपयोगकर्ताओं के लिए प्रासंगिकता का होगा अध्ययन करने के लिए एक शक्तिशाली अवसर प्रदान करता है ।
कॉकलियर प्रत्यारोपण (सीआईएस) इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों है कि गंभीर और गहरा सुनवाई हानि के साथ लोगों को सुनवाई की भावना प्रदान कर सकते हैं । यह शल्य चिकित्सा के भीतरी कान के कोक्लीअ में प्रत्यारोपित इलेक्ट्रोड का उपयोग करता है सीधे श्रवण तंत्रिका उत्तेजित । तारीख करने के लिए, CI सबसे सफल संवेदी कृत्रिम अंग अंग है और ६००,००० से अधिक लोगों को दुनिया भर में1मदद की है । हालांकि, डिवाइस में कमियों है । सबसे पहले, उपकरण द्वारा प्रदान लाभ प्राप्तकर्ताओं के बीच काफी भिंनता है । दूसरा, शोर वातावरण और संगीत में भाषण अभी भी खराब सबसे CI उपयोगकर्ताओं द्वारा माना जाता है ।
कई वर्षों के लिए, पशु मॉडल बेहतर CI अनुसंधान में इन मुद्दों को समझने के लिए और लगातार सुरक्षा और उपकरणों की प्रभावकारिता में सुधार करने के लिए इस्तेमाल किया गया है । मॉडल कई घटनाएं में मूल्यवान अंतर्दृष्टि दिया है, ऐसे मस्तिष्क में प्लास्टिक परिवर्तन के रूप में जगह ले सीआई आरोपण2के बाद, जीन थेरेपी लागू करने के लिए अवशिष्ट सुनवाई3को बनाए रखने के प्रभाव, और के भौतिक गुण विद्युत श्रवण तंत्रिका4प्रेरित, कई अंय उदाहरणों के बीच ।
चूहों एक शक्तिशाली मॉडल जीव है बहरापन के आनुवंशिक मॉडल की बड़ी उपलब्धता के कारण । अंय लाभों के लिए माउस जीनोम में हेरफेर करने की क्षमता शामिल है (जैसे, CRISPR-कैस प्रणाली के माध्यम से), उंनत इमेजिंग तकनीक का उपयोग करने के लिए तंत्र का अध्ययन, विशेष रूप से मस्तिष्क में, उच्च प्रजनन दर, तेजी से विकास का अवसर और आसान प्रजनन और हैंडलिंग । चूहों में CI सर्जरी प्रदर्शन में मुख्य तकनीकी चुनौतियों कोक्लीअ के छोटे आकार और एक बड़ी stapedial धमनी (एसए) की उपस्थिति कर रहे हैं । एसए आमतौर पर मानव में भ्रूण के विकास के दौरान गायब हो जाता है, लेकिन चूहों, चूहों, और gerbils सहित कुतर के एक नंबर में जीवन भर में बनी रहती है । एसए दौर खिड़की आला, जो कोक्लीअ के लिए उपयोग पेचीदा हो जाता है और शल्य चिकित्सा जोखिम से नीचे चलाता है ।
पिछले अध्ययनों से चूहों5,6,7में CI आरोपण की व्यवहार्यता दिखाया गया है । Irving एट अल । प्रदर्शन किया है कि जीर्ण intracochlear विद्युत उत्तेजना एक महीने के लिए प्राप्त किया जा सकता है । तीव्र उत्तेजना भी प्रदर्शन किया गया था लेकिन रिकॉर्डिंग प्रस्तुत नहीं किया गया । उंहोंने दिखाया है कि cauterizing stapedial धमनी सुनवाई दहलीज या सर्पिल नाड़ीग्रंथि ंयूरॉंस की संख्या पर कोई महत्वपूर्ण प्रभाव था और aminoglycoside निओमायसिन, एक ototoxic दवा के सामयिक आवेदन, में एक प्रभावी गगनभेदी प्रक्रिया थी चूहे5. Soken एट अल । बेहतर सुनवाई स्थिति6संरक्षित करने के लिए गोल विंडो के माध्यम से माउस कोक्लीअ के लिए एक संशोधित पृष्ठीय दृष्टिकोण वर्णित है । एक प्लेटिनम-इरिडियम तार के सम्मिलन के बाद, पर्याप्त अवशिष्ट सुनवाई 28 डीबी की एक बढ़ी हुई श्रवण brainstem प्रतिक्रिया (ABR) दहलीज के साथ मनाया गया था. एमिशन उत्सर्जन (OAE) जानवरों में बड़े ABR दहलीज पाली6के साथ खो गए थे । मिस्त्री एट अल. परीक्षण कार्यात्मक और विद्युत उत्तेजना के अभाव में आरोपण के histopathological प्रभाव7। हालांकि सुनवाई दोनों 3 और 6 महीने में संरक्षित किया गया था कम आवृत्तियों पर प्रत्यारोपित चूहों, प्रत्यारोपण और bullostomy7के आसपास osteoneogenesis चारों ओर फाइब्रोसिस की तरह ऊतक के परिणामस्वरूप ।
संक्षेप में, सीआईएस पर चूहों में तीन अध्ययनों से बाहर, केवल एक सीआई उत्तेजना के कार्यात्मक रिकॉर्डिंग को दर्शाता है । Irving और सहकर्मियों दोनों तीव्र और जीर्ण eABR रिकॉर्डिंग प्रदर्शन किया, लेकिन केवल जीर्ण CI उत्तेजना5से डेटा दिखाया । हालांकि, Irving एट अल द्वारा विकसित एक पूरी तरह से प्रत्यारोपित उपकरण के साथ जीर्ण मॉडल तकनीकी रूप से चुनौतीपूर्ण है । यह अभी तक अगर तीव्र CI उत्तेजना, दोनों कम चुनौतीपूर्ण और तेजी से ज्ञात नहीं है, इसी तरह के परिणाम प्राप्त कर सकते हैं ।
सीआईएस गंभीर और गहरा सुनवाई नुकसान जो अब सुनवाई एड्स से लाभ के साथ लोगों द्वारा उपयोग किया जाता है । CI उपयोगकर्ताओं के लिए पशु मॉडल इसलिए एक गगनभेदी प्रक्रिया शामिल होना चाहिए जब आम तौर पर सुनवाई जानवरों का उपयोग किया जाता है । पशुओं को सुनने के deafen करने के लिए एक और कारण यह है कि एक बहरा या सुनवाई कोक्लीअ के विद्युत उत्तेजना अलग तंत्रिका प्रतिक्रियाओं का उत्पादन4,8,9,10,11, 12. एक बहरे कोक्लीअ की विद्युत उत्तेजना सीधे श्रवण तंत्रिका तंतुओं को सक्रिय करती है और एक electroneural प्रतिक्रिया (α) उत्पन्न करती है. यह कम विलंबता और8,10परिधि में एक छोटे से गतिशील रेंज की विशेषता है । दूसरी ओर, एक सुनवाई कोक्लीअ के विद्युत उत्तेजना भी एक electrophonic प्रतिक्रिया (β) है कि अब विलंब और बड़ा गतिशील रेंज4,11की विशेषता है में बाल कोशिकाओं उत्तेजित । electrophonic प्रतिक्रिया आंतरिक बाल कोशिकाओं द्वारा तंत्रिका तंतुओं के सामांय उत्तेजना के लिए जिंमेदार ठहराया है, बाहरी बाल कोशिकाओं के विद्युत प्रेरित संकुचन, और एक यात्रा4लहर की पीढ़ी । Electroneural और electrophonic प्रतिसाद भी केंद्रीय तंत्रिका तंत्र9में दो अलग गतिविधि पैटर्न में परिणाम है । सातो एट अल. दर्ज की midbrain न्यूरॉन्स एक CI प्रत्यारोपित गिनी पिग से पहले और बाद निओमायसिन के साथ फरियाद, जो electrophonic योगदान समाप्त. उन्हें पता चला कि दर-स्तर समारोह की ढलान पर खड़ी और गोलीबारी की दर deafened हालत में सुनवाई की हालत९की तुलना में अधिक थी. इसलिए, शोध प्रश्न के आधार पर कहा गया है, यह करने के लिए electrophonic और श्रवण तंत्रिका के विद्युत उत्तेजना पर electroneural प्रतिक्रियाओं अलग फरियाद सहित विचार महत्वपूर्ण है ।
यहां, हम तीव्र गगनभेदी और एक माउस में एक इलेक्ट्रोड सरणी के कॉकलियर आरोपण के रूप में के रूप में अच्छी तरह से बिजली के साथ intracochlear विद्युत उत्तेजना के कार्यात्मक रिकॉर्डिंग-पैदा श्रवण brainstem प्रतिक्रिया (eABR) के लिए प्रक्रिया का वर्णन ।
इस पांडुलिपि तीव्र फरियाद और माउस में कॉकलियर आरोपण के लिए शल्य चिकित्सा दृष्टिकोण का वर्णन, साथ ही साथ CI उत्तेजना के कार्यात्मक मूल्यांकन श्रवण brainstem प्रतिक्रिया के साथ । हालांकि माउस कोक्लीअ छोटे और शल्य चिकित्सा चुनौतीपूर्ण है, CI माउस मॉडल संभव है और श्रवण अनुसंधान में एक महत्वपूर्ण उपकरण के रूप में कार्य करता है ।
stapedial धमनी माउस के मध्य कान में मौजूद है । धमनी bulla पीछे प्रवेश करती है-औसत दर्जे का, और दौर खिड़की आला को हीन और फिर बेहतर अंडाकार खिड़की आला करने के लिए चलाता है । माउस मॉडल के प्रारंभिक विकास में, हम stapedial धमनी को आघात के बाद घातक अंतर ऑपरेटिव रक्तस्राव का अनुभव, मुख्य रूप से जबकि bulla तक पहुंचने । एक परिणाम के रूप में, हम एक अधिक सीमित दृष्टिकोण अनुकूलित और छोटे, परिष्कृत विच्छेदन चरणों में bulla पहुंचा । इसके बाद रक्तस्राव के कारण आगे की जटिलताओं को नहीं देखा गया । तथ्य यह है कि stapedial धमनी दाग़ना5चूहों में सुनवाई दहलीज या सर्पिल नाड़ीग्रंथि न्यूरॉन्स की संख्या पर कोई महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है के बावजूद, हमारी राय में, यह अनावश्यक है इतनी देर के रूप में महान देखभाल और ध्यान सर्जरी के दौरान लिया जाता है । हम समय के लिए ठीक मनोप्रेरणा कौशल विकसित करने और तकनीकी प्रवीणता तक पहुंचने की जरूरत लेने का सुझाव देते हैं । प्रत्यारोपित इलेक्ट्रोड सरणी के आसपास बंद करने के लिए प्रारंभिक चीरा से औसत समय आम तौर पर है 1 – 1.5 h.
चूहों में वर्णित तीव्र CI सर्जरी चूहों और gerbils20,21,22सहित अन्य कुतर में इस्तेमाल किया “ventral” प्रक्रिया और गोल खिड़की प्रविष्टि के समान है । अंय कुतर अध्ययन एक बेसल बारी cochleostomy के बजाय एक दौर खिड़की प्रविष्टि के साथ “पृष्ठीय दृष्टिकोण” का इस्तेमाल किया है, SA पूरी तरह से परहेज और सरणी और अधिक गहराई से डालने6,23,24। चूहों में एक पुरानी उत्तेजना विधानसभा के आरोपण प्रत्यारोपण और पश्चात की देखभाल को ठीक करने के लिए एक Dacron मेष के अलावा के साथ इस प्रोटोकॉल में वर्णित के रूप में एक ही कदम पालन5.
मुख्य तकनीकी चुनौतियां जब चूहों में CI सर्जरी प्रदर्शन कर रहे हैं कोक्लीअ के छोटे आकार चूहों और gerbils के कोक्लीअ की तुलना में, और एक बड़े एसए की उपस्थिति. एसए भी चूहों में नहीं बल्कि gerbils में मौजूद है. इसके अलावा, चूहों चूहों और gerbils से छोटे हैं के बाद से, वे शल्य चिकित्सा प्रक्रियाओं के लिए अधिक संवेदनशील हैं.
eABR रिकॉर्डिंग में electrophonic प्रतिक्रियाओं को खत्म करने और सबसे ci उपयोगकर्ताओं में पाया बाल कोशिका हानि की नकल करने के लिए, हम CI प्रविष्टि से पहले जानवरों deafened । चूहों के लिए मुश्किल है vivo25 में ototoxically deafen क्योंकि एमिनोग्लीकोसाइड्स के प्रणालीगत सांद्रता ototoxicity कारण के लिए आवश्यक एक संकीर्ण खुराक खिड़की है: कम खुराक में कई दिनों के परिणाम पर एक भी इंजेक्शन जबकि कोई बाल कोशिका हानि में दिया एक उच्च खुराक के26घातक हो सकता है । इसके अलावा, एमिनोग्लीकोसाइड्स को संवेदनशीलता तनाव26निर्भर है । हालांकि, यह दिखाया गया है कि एक लूप मूत्रवर्धक के साथ संयोजन में एमिनोग्लीकोसाइड्स की एक खुराक घातक परिणाम27बिना CBA/CaJ चूहों में अत्यधिक बाहरी बाल कोशिका हानि का उत्पादन कर सकते हैं । देरी इनर बाल कोशिका मौत सभी cochleae की छमाही में सूचित किया गया था27की जांच की ।
इस पांडुलिपि में, हम हाल ही में C57BL/6 चूहों5के लिए स्थापित प्रोटोकॉल से प्रेरित एमिनोग्लीकोसाइड्स निओमायसिन के सामयिक आवेदन का इस्तेमाल किया । निओमायसिन के तीव्र आवेदन काफी क्लिक-४६ डीबी ± ६.१ द्वारा पैदा सुनवाई दहलीज बढ़ जाती है । हालांकि इस वृद्धि Irving एट अल द्वारा रिपोर्ट ३५ dB वृद्धि से बड़ा है । (पूर्व बनाम पोस्ट सर्जरी: ४१.६ db ± ३.३ बनाम ७६.६ db ± ४.४, पी = ०.०२, एन = 3) 5, हम एक ही पद-गगनभेदी दहलीज (७५.७ db ± ३.७ बनाम ७६.६ db ± ४.४) हासिल किया । ०.०५% निओमायसिन सुनवाई के एक आंशिक नुकसान का कारण माना जाता है, मुख्य रूप से तेजी से बाहरी बाल कोशिका मृत्यु द्वारा, भीतरी बाल कोशिका हानि के रूप में अब27घटित करने के लिए लेता है । इसलिए यह संभव है कि electrophonic प्रतिक्रिया, जो दोनों भीतरी और बाहरी बाल कोशिकाओं द्वारा उत्पन्न होता है4,8,9,10,11,12, केवल अवशिष्ट सुनवाई के साथ deafened पशुओं में आंशिक रूप से समाप्त । हालांकि ०.०५% (वजन/निओमायसिन सर्पिल नाड़ीग्रंथि न्यूरॉन्स की संख्या 4 सप्ताह के बाद कम नहीं करता है-फरियाद5, यह अभी तक अज्ञात है अगर निओमायसिन हमारे तीव्र सेटअप में श्रवण तंत्रिका तंतुओं को प्रभावित करता है या synaptopathy को बढ़ावा देता है (synapses का नुकसान आंतरिक बाल कोशिकाओं और प्रकार मैं श्रवण तंत्रिका तंतुओं के बीच). एक और अनिश्चितता है कि सामयिक निओमायसिन उपचार कोक्लीअ की लंबाई के साथ बाल कोशिका हानि का एक समान वितरण का उत्पादन नहीं हो सकता है । भविष्य के अध्ययन के लिए इन सवालों के जवाब की आवश्यकता है ।
सारांश में, मानव बहरापन और जैव रासायनिक उपकरण उपलब्ध के लिए आनुवंशिक मॉडल की बढ़ती संख्या माउस को श्रवण अनुसंधान के लिए एक आकर्षक पशु मॉडल बनाने, सीआईएस के क्षेत्र सहित ।
The authors have nothing to disclose.
लेखकों को पशु उत्तेजना मंच और उत्तेजना मानदंड पर सलाह प्रदान करने के लिए पियरे Stahl, Oticon चिकित्सा, अच्छा, फ्रांस, शुक्रिया अदा करना चाहूंगा, और जेंस बी Fallon और एंड्रयू कश्मीर बुद्धिमान जैव एनआईसी संस्थान, मेलबोर्न, ऑस्ट्रेलिया से, शल्य चिकित्सा सलाह के लिए . यह काम स्विस नेशनल साइंस फाउंडेशन (ईआरसी ट्रांसफर ग्रांट टू T.R.B.) से अनुदान द्वारा समर्थित था ।
Hardware | |||
Sound-proof booth | IAC Acoustics, Winchester, UK | Mac-2 Enclosure RF Shielded Box 2A | |
MF1 Speaker | Tucker Davis Technologies (TDT), FL, USA | ||
PCB microphone | PCB Piezotronics, Inc, NY, USA | Model 378C01 | |
Low impedance headstage | TDT, FL, USA | RA4LI | |
Medusa pre-amplifier | TDT, FL, USA | RA4PA | |
RZ6 auditory processor | TDT, FL, USA | ||
Animal Stimulator Platform | ASP, Oticon Medical, Nice, France | ||
Multimeter | Fluks | #115 | |
Surgical equipment | |||
Closed-loop heating pad | FHC, Inc. ME, USA | ||
Eye ointment | Alcon, CH | Lacrinorm Augengel | |
Acoustic foam | Otoform Ak, Dreve Otoplastik GmbH | #464 | |
Disposable subdermal needle electrodes | Horizon, Rochester Electro-Medical Inc. | S83018-R9, 27G | |
Self-retaining retractor tool (Mini Collibri Retractor) | Fine Science Tools | #17000-01 | |
Suction wedges | Agnthos, SE | #42-886-460 | |
Absorbable paper point (Medium) | WPI, FL, USA | #504182 | |
Intracochlear electrode array | Bionics Institute, Melbourne, Australia | 4 channel | |
Spongostan Standard | Ferrosan Medical Devices | #MS0002 | |
Tissue glue. Loctite 4161 Superbond | Henkel | Part No 19743 | |
Animal Stimulator Platform (ASP) | Oticon Medical, Nice, France | ||
Drugs/chemicals | |||
Ketamine (Narketan) | Provet AG, CH | 100mg/mL, #VQ_320265 | |
Xylazine (Rompun) | Provet AG, CH | Inj Diss 2%, # 1315 | |
Bupivacaine | Compendium, CH | Bupivacain Sintetica inj Diss 0.5% | |
Atropine (Atropinesulfat Amino) | Amino AG, CH | 1 mg/ml | |
Betadine (Povidone/iodine) | Provedic, CH | ||
Neomycin (Neomycin trisulfate salt) | Sigma | N1876-25G, Lot#WXBB7516V | |
Software | |||
BioSigRZ | TDT, FL, USA | ||
Matlab | MathWorks, MA, USA | ||
ASP software | Oticon Medical, Nice, France |