ミニブタ:人工内耳研究のための大型動物モデル
Summary
ミニブタ(ミニブタ)は、人工内耳の研究に最適な大型動物モデルです。ミニブタへの人工内耳手術は、ヒトと同様の生体系における新規電極アレイおよび外科的アプローチの安全性および潜在的性能の初期証拠を提供するために利用することができる。
Abstract
人工内耳(CI)は、重度から重度の感音難聴の人を治療するための最も効果的な方法です。CIは世界中で使用されていますが、CIを持つ患者または動物モデルの電気生理学および組織病理学を調査したり、電極アレイの新しいモデルを評価したりするための標準モデルは存在しません。ヒトと同様の蝸牛特性を有する大型動物モデルは、ヒトで使用する前に、高度および改変アレイの研究および評価プラットフォームを提供する可能性がある。
この目的のために、我々は、内耳の解剖学的構造がヒトと非常に類似しているBamaミニブタを用いて標準的なCI法を確立した。ヒト用に設計されたアレイを丸い窓膜を通してミニブタ蝸牛に移植し、ヒトCIレシピエントに使用されるものと同様の外科的アプローチが続いた。アレイ挿入に続いて、誘発複合活動電位(ECAP)測定を行い、聴神経の機能を評価しました。この研究では、動物の準備、外科的ステップ、アレイ挿入、および術中の電気生理学的測定について説明します。
結果は、ヒトに使用されたのと同じCIが、標準化された外科的アプローチを介してミニブタに容易に移植でき、ヒトCIレシピエントで測定されたのと同様の電気生理学的結果をもたらすことを示しました。ミニブタは、新しい電極アレイと外科的アプローチの安全性と潜在的な性能の初期証拠を人間に適用する前に提供するための貴重な動物モデルになる可能性があります。
Introduction
世界保健機関(WHO)によると、世界で10億人以上が難聴のリスクにさらされており、2050年までに4人に1人が難聴に苦しむと推定されています1。過去20年間、CIは、永続的な重度で重度の感音難聴(SNHL)を持つ人々にとって最も効果的な介入でした。CIは、音の物理的信号を生体電気信号に変換し、有毛細胞をバイパスしてらせん状神経節ニューロン(SGN)を刺激します。時間の経過とともに、CIの適応症は拡大され、現在では残存聴、片側性難聴、および非常に高齢者または若年者が含まれるようになりました2,3,4。一方、完全に埋め込み可能なCIと高度なアレイが開発されました5。しかし、CIを用いて内耳の電気生理学および組織病理学を調査するための経済的に実現可能な大型動物モデルはありません。この大型動物モデルの欠如は、CIを改善し、内耳に対するCIの電気生理学的影響についての洞察を得ようとする研究を制限します。
CI研究では、マウス6、スナネズミ7、ラット8、モルモット9など、いくつかのげっ歯類動物モデルが適用されています。しかし、形態や電気生理学的応答の特徴はヒトとは異なります。ネコ、モルモット、その他の動物など、CI研究に伝統的に使用されている動物モデルの蝸牛構造は、ヒトの蝸牛構造のそれとは大きく異なります10。アレイ挿入はネコ11とウサギ12で行われてきましたが、蝸牛が小さいため、これは人間で使用するように設計されていないアレイで行われました。CIのためにいくつかの大型動物モデルも調査されています。子羊は非外傷性人工内耳のトレーニングモデルとして適していますが、蝸牛のサイズが小さいため、完全なアレイ挿入が不可能になります13。霊長類は、人間と解剖学的に類似しているため、CI研究に最も適した動物である可能性があります14,15;しかし、サルの性的成熟は遅れ(4〜5年)、妊娠期間は最大約165日であり、各女性は通常、年間16人の子孫しか産みません。これらの理由と高価なコストは、CI研究における霊長類の広範な適用を妨げています。
対照的に、ブタは5-8ヶ月で性成熟に達し、妊娠期間は~114日であり、ブタは大型動物モデルとしてCI研究に利用しやすくなっています16。バマミニブタ(ミニブタ)は、1985年に中国の小型ブタ種に由来し、その遺伝的背景はよく理解されています。それらは、固有の小さいサイズ、早期の性的成熟、急速な繁殖、および管理の容易さによって特徴付けられます17。ミニブタは、形態学および電気生理学において人間と類似しているため、耳鼻咽喉科および聴覚学の理想的なモデルです18。バマミニブタのスカラティンパニの長さは38.58 mmで、人間の36 mmの長さに近い10。ミニブタ蝸牛は3.5ターンで、これは人間10に見られる2.5〜3ターンに似ています。形態学に加えて、バマミニブタの電気生理学も人間のそれと非常に似ています18。そこで本研究では,ヒト用アレイを丸窓膜を介してミニブタ蝸牛に挿入し,ヒトCIレシピエントと同様の外科的アプローチをとった。術中ECAP測定を適用して手順を評価しました。ここで説明するプロセスは、CIに関連する前臨床トランスレーショナルリサーチと、レジデントトレーニングのプラットフォームの両方として使用できます。
Protocol
Representative Results
Discussion
世界人口の約15%がある程度の難聴を患っており、5%以上が難聴を患っています21。CIの提供は、重度で重度の感音難聴の成人患者と小児患者の両方にとって最も効率的な治療法です。CIは、移植型脳神経刺激装置として初めて成功した過去20年間、何千人もの難聴者に音の世界に戻り、主流社会に(再)統合する機会を提供してきました。CIは現在、元の外観や機能とは大きく異?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この研究は、中国国家自然科学基金会(第81970890号)および重慶科学研究機関パフォーマンスインセンティブプロジェクト(第19540号)からの助成金によって資金提供されました。MED-EL社のAnandhan Dhanasingh氏とZhi Shu氏のご支援に感謝します。
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 |
References
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