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Whole Cell Patch Clamp for Investigating the Mechanisms of Infrared Neural Stimulation

It has been  demonstrated in recent years that pulsed, infrared laser light can be used to  elicit electrical responses in neural tissue, independent of ...

The University of Melbourne

Basso numero di neuroni uditivi primari (ANs) pu&ograve; compromettere la performance clinica di un impianto cocleare. Il focus di questa ricerca &egrave; di determinare se le cellule staminali pu&ograve; essere utilizzate per sostituire la sordit&agrave; seguente persa ANs. Per sostituire con successo questi neuroni, le cellule staminali devono essere in grado di differenziazione diretto in un lineage neurale sensoriale in vitro e, successivamente, di sopravvivenza e di integrazione nella coclea assordata.

Un confronto di trattamenti in vitro per dirigere le cellule staminali verso un destino neurale sensoriale.

Low numbers of primary auditory neurons (ANs) may compromise the clinical performance of a cochlear implant. The focus of this research is to determine whether stem cells can be used to replace the ANs lost following deafness. To successfully replace these neurons, stem cells must be capable of directed differentiation into a sensory neural lineage in vitro and, subsequently, of survival and integration into the deafened cochlea.

A comparison of in vitro treatments for directing stem cells toward a sensory neural fate.

Faible nombre de neurones auditifs primaires (VNA) peut compromettre les performances cliniques d&#39;un implant cochl&eacute;aire. L&#39;objectif de cette recherche est pour d&eacute;terminer si les cellules souches peut &ecirc;tre utilis&eacute;s pour remplacer la surdit&eacute; suivante perdue ANs. Pour r&eacute;ussi, remplacer ces neurones, des cellules souches doit &ecirc;tre capables de diff&eacute;renciation dirig&eacute;e dans une lign&eacute;e de neurones sensorielle in vitro et, ult&eacute;rieurement, de survie et l&#39;int&eacute;gration dans la cochl&eacute;e devenues sourde.

Une comparaison des traitements in vitro pour les diriger vers un destin neurones sensoriel, les cellules souches.

In mammals, the initial bridge between the physical world of sound and perception of that sound is established by neurons of the spiral ganglion. The cell bodies of these neurons give rise to peripheral processes that contact acoustic receptors in the organ of Corti, and the central processes collect together to form the auditory nerve that projects into the brain. In order to better understand hearing at this initial stage, we need to know the following about spiral ganglion neurons: (1) their cell biology including cytoplasmic, cytoskeletal, and membrane properties, (2) their peripheral and central connections including synaptic structure; (3) the nature of their neural signaling; and (4) their capacity for plasticity and rehabilitation. In this report, we will update the progress on these topics and indicate important issues still awaiting resolution.

The spiral ganglion: connecting the peripheral and central auditory systems.

Chez les mammif&egrave;res, le premier pont entre le monde physique du son et de la perception de ce bruit est &eacute;tabli par les neurones du ganglion spiral. Les corps cellulaires de ces neurones donnent lieu &agrave; des processus p&eacute;riph&eacute;riques entrer en contact avec les r&eacute;cepteurs acoustiques dans l&#39;organe de Corti, et les processus centrales rassembler pour former le nerf auditif qui se projette dans le cerveau. Afin de mieux comprendre l&#39;audience &agrave; ce stade initial, nous devons savoir ce qui suit sur les neurones du ganglion spiral: (1) leur cellule biologie y compris cytoplasmique, cytosquelette et propri&eacute;t&eacute;s de la membrane, (2) leurs connexions centrale et p&eacute;riph&eacute;riques, y compris la structure synaptique ; (3) la nature de leur signalisation neuronale ; et (4) leur capacit&eacute; de plasticit&eacute; et de r&eacute;habilitation. Dans le pr&eacute;sent rapport, nous mettre &agrave; jour les progr&egrave;s sur ces sujets et indiquer les questions importantes encore en attente de r&eacute;solution.

Le ganglion spiral : reliant les syst&egrave;mes auditifs centraux et p&eacute;riph&eacute;riques.

Nei mammiferi, il ponte tra il mondo fisico del suono e la percezione di quel suono iniziale &egrave; stabilito dai neuroni del ganglio spirale. I corpi cellulari di questi neuroni danno luogo a processi periferici che a contatto con i recettori acustici nell&#39;organo del Corti, e i processi centrali raccolgono insieme per formare il nervo uditivo che si proietta nel cervello. Al fine di comprendere meglio l&#39;audizione in questa fase iniziale, abbiamo bisogno di sapere quanto segue sui neuroni del ganglio spirale: (1) loro cellula biologia inclusi citoplasmatici, citoscheletriche e propriet&agrave; della membrana, (2) loro collegamenti centrali e periferici, inclusa la struttura sinaptica; (3) la natura della loro segnalazione neurale; e (4) la capacit&agrave; di plasticit&agrave; e riabilitazione. In questa relazione, aggiornare i progressi su questi argomenti e ci indicano importanti questioni ancora in attesa di risoluzione.

Il ganglio spirale: collegare i sistemi uditivi centrali e periferici.

According to 2010 estimates from The National Institute on Deafness and other Communication Disorders, approximately 17% (36 million) American adults have reported some degree of hearing loss. Currently, the only clinical treatment available for those with severe-to-profound hearing loss is a cochlear implant, which is designed to electrically stimulate the auditory nerve in the absence of hair cells. Whilst the cochlear implant has been revolutionary in terms of providing hearing to the severe-to-profoundly deaf, there are variations in cochlear implant performance which may be related to the degree of degeneration of auditory neurons following hearing loss. Hence, numerous experimental studies have focused on enhancing the efficacy of cochlear implants by using neurotrophins to preserve the auditory neurons, and more recently, attempting to replace these dying cells with new neurons derived from stem cells. As a result, several groups are now investigating the potential for both embryonic and adult stem cells to replace the degenerating sensory elements in the deaf cochlea. Recent advances in our knowledge of stem cells and the development of induced pluripotency by Takahashi and Yamanaka in 2006, have opened a new realm of science focused on the use of induced pluripotent stem (iPS) cells for therapeutic purposes. This review will provide a broad overview of the potential benefits and challenges of using iPS cells in combination with a cochlear implant for the treatment of hearing loss, including differentiation of iPS cells into an auditory neural lineage and clinically relevant transplantation approaches.

The convergence of cochlear implantation with induced pluripotent stem cell therapy.

Selon les estimations de l&#39;Institut National sur la surdit&eacute; et d&#39;autres troubles de la Communication 2010, environ 17 % (36 millions) des adultes am&eacute;ricains ont signal&eacute; une certaine perte d&#39;audition. Actuellement, le traitement clinique uniquement disponible pour les personnes ayant une perte auditive de s&eacute;v&egrave;re &agrave; profonde est un implant cochl&eacute;aire, qui vise &agrave; stimuler &eacute;lectriquement le nerf auditif en l&#39;absence des cellules cili&eacute;es. Tandis que l&#39;implant cochl&eacute;aire a &eacute;t&eacute; r&eacute;volutionnaire en termes de fournissant l&#39;audience &agrave; la grave-&agrave;-sourd profond, il y a des variations dans la performance de l&#39;implant cochl&eacute;aire qui pourrait &ecirc;tre li&eacute; au degr&eacute; de d&eacute;g&eacute;n&eacute;rescence des neurones auditifs suite &agrave; une perte auditive. Donc, de nombreuses &eacute;tudes exp&eacute;rimentales ont mis l&#39;accent sur le renforcement de l&#39;efficacit&eacute; des implants cochl&eacute;aires en utilisant des neurotrophines pour pr&eacute;server les neurones auditifs, et plus r&eacute;cemment, d&#39;essayer de remplacer ces cellules mourantes avec les nouveaux neurones d&eacute;riv&eacute;es de cellules souches. Ainsi, plusieurs groupes &eacute;tudient maintenant la possibilit&eacute; pour les cellules souches embryonnaires et adultes remplacer les &eacute;l&eacute;ments sensoriels d&eacute;g&eacute;n&egrave;re dans la cochl&eacute;e de sourde. Les progr&egrave;s r&eacute;cents dans notre connaissance des cellules souches et le d&eacute;veloppement de pluripotence induite par Takahashi et Yamanaka en 2006, ont ouvert un nouveau domaine de la science ax&eacute;e sur l&#39;utilisation de cellules souches (iPS) pluripotentes induites &agrave; des fins th&eacute;rapeutiques. Cet examen donnera une vue d&#39;ensemble des avantages potentiels et les d&eacute;fis d&#39;utilisant des cellules iPS en combinaison avec un implant cochl&eacute;aire pour le traitement de la perte auditive, y compris la diff&eacute;renciation des cellules iPS dans une lign&eacute;e de neurones auditif et approches de transplantation clinique pertinente.

La convergence de l&#39;implantation cochl&eacute;aire avec th&eacute;rapie de cellules souches pluripotentes induites.

Secondo le 2010 stime dal National Institute on Deafness e altri disturbi della comunicazione, circa il 17% (36 milioni) di adulti americani hanno segnalato una certa perdita dell&#39;udito. Attualmente, il trattamento clinico solo disponibile per quelli con ipoacusia grave profonda &egrave; un impianto cocleare, che &egrave; stato progettato per stimolare elettricamente il nervo uditivo, in assenza di cellule ciliate. Mentre l&#39;impianto cocleare &egrave; stato rivoluzionario in termini di fornitura di udienza per la grave-a-profondamente sordi, ci sono variazioni nelle prestazioni di impianto cocleare, che possono essere correlate al grado di degenerazione dei neuroni uditivi, dopo la perdita dell&#39;udito. Pertanto, numerosi studi sperimentali si sono concentrati sul miglioramento dell&#39;efficacia di impianti cocleari utilizzando neurotrofine per preservare i neuroni uditivi, e pi&ugrave; recentemente, il tentativo di sostituire queste cellule morenti con nuovi neuroni derivati da cellule staminali. Di conseguenza, diversi gruppi ora stanno indagando il potenziale di cellule staminali sia embrionali e adulte sostituire gli elementi sensoriali degenerazione nella coclea sordo. I recenti progressi nella conoscenza delle cellule staminali e lo sviluppo di pluripotenza indotta da Takahashi e Yamanaka nel 2006, hanno aperto un nuovo Regno della scienza incentrato sull&#39;uso di staminali pluripotenti indotte (iPS) per scopi terapeutici. Questa recensione fornir&agrave; una panoramica ampia dei potenziali benefici e sfide di usando le cellule iPS in combinazione con un impianto cocleare per il trattamento della perdita di udito, tra cui la differenziazione delle cellule iPS in un lineage neurale uditiva e trapianto clinicamente rilevanti approcci.

La convergenza tra l&#39;impianto cocleare con terapia di cellule staminali pluripotenti indotte.

Neurotrophins provide an effective tool for the rescue and regeneration of spiral ganglion neurons (SGNs) following sensorineural hearing loss. However, these nerve growth factors are also potent modulators of ion channel activity and expression, and in the peripheral auditory system brain-derived neurotrophic factor (BDNF) and neurotrophin-3 (NT3) have previously been shown to alter the firing properties of auditory neurons and differentially regulate the expression of some potassium channels in vitro. In this study we examined the activity of the hyperpolarization-mediated mixed-cation current (I(h)) in early post-natal cultured rat SGNs following exposure to combined BDNF and NT3. Whole-cell patch-clamp recordings made after 1 or 2 days in vitro revealed no change in the firing adaptation of neurons in the presence of BDNF and NT3. Resting membrane potentials were also maintained, but spike latency and firing threshold was subject to regulation by both neurotrophins and time in vitro. Current clamp recordings revealed an activity profile consistent with activation of the hyperpolarization-activated current. Rapid membrane hyperpolarization was followed by a voltage- and time-dependent depolarizing voltage sag. In voltage clamp, membrane hyperpolarization evoked a slowly-activating inward current that was reversibly blocked with cesium and inhibited by ZD7288. The amplitude and current density of I(h) was significantly larger in BDNF and NT3 supplemented cultures, but this did not translate to a significant alteration in voltage sag magnitude. Neurotrophins provided at 50 ng/ml produced a hyperpolarizing shift in the voltage-dependence and slower time course of I(h) activation compared to SGNs in control groups or cultured with 10 ng/ml BDNF and NT3. Our results indicate that combined BDNF and NT3 increase the activity of hyperpolarization-activated currents and that the voltage-dependence and activation kinetics of I(h) in SGNs are sensitive to changes in neurotrophin concentration. In addition, BDNF and NT3 applied together induce a decrease in firing threshold, but does not generate a shift in firing adaptation.

Combined application of brain-derived neurotrophic factor and neurotrophin-3 and its impact on spiral ganglion neuron firing properties and hyperpolarization-activated currents.

Neurotrophines constituer un outil efficace pour le sauvetage et la r&eacute;g&eacute;n&eacute;ration des neurones de ganglion spiral (SGNs) suite &agrave; une perte auditive neurosensorielle. Cependant, ces facteurs de croissance de nerf sont aussi puissants modulateurs d&#39;expression et l&#39;activit&eacute; des canaux ioniques et dans le facteur neurotrophique d&eacute;riv&eacute; du cerveau syst&egrave;me auditif p&eacute;riph&eacute;rique (BDNF) et neurotrophine 3 (NT3) ont d&eacute;j&agrave; d&eacute;montr&eacute; qu&#39;alt&eacute;rer les propri&eacute;t&eacute;s de mise &agrave; feu des neurones auditifs et diff&eacute;rentiellement r&eacute;gulent l&#39;expression de certains canaux de potassium in vitro. Dans cette &eacute;tude, nous avons examin&eacute; l&#39;activit&eacute; du courant mixte-cation induite par l&#39;hyperpolarisation (I(h)) au d&eacute;but postnatal cultured rat SGNs following exposure to BDNF et NT3 combin&eacute;s. Enregistrements de patch-clamp de la cellule enti&egrave;re faites apr&egrave;s 1 ou 2 jours in vitro ont r&eacute;v&eacute;l&eacute; aucun changement dans l&#39;adaptation de la mise &agrave; feu des neurones en pr&eacute;sence de BDNF et NT3. Potentiels de membrane au repos ont &eacute;t&eacute; &eacute;galement maintenus, mais seuil de latence et de mise &agrave; feu de spike &eacute;tait assujettie &agrave; la r&eacute;glementation par les neurotrophines et temps in vitro. Des enregistrements de pince actuel ont r&eacute;v&eacute;l&eacute; un profil d&#39;activit&eacute; compatible avec l&#39;activation du courant activ&eacute; par une hyperpolarisation. Hyperpolarisation de la membrane rapide a &eacute;t&eacute; suivie par un tension - et d&eacute;pendant du temps affaissement tension de d&eacute;polarisation. Bride de tension, hyperpolarisation de la membrane &eacute;voque un activation lentement courant entrant qui est r&eacute;versible bloqu&eacute; avec le c&eacute;sium et inhib&eacute; par ZD7288. L&#39;amplitude et la densit&eacute; de courant d&#39;i est significativement plus importante chez BDNF et NT3 compl&eacute;t&eacute;e des cultures, mais cela ne s&#39;est pas traduit &agrave; une modification notable dans l&#39;amplitude de tension sag. Neurotrophines condition &agrave; 50 ng/ml produit un glissement hyperpolarisant la voltage-d&eacute;pendance et plus lente &eacute;volution temporelle d&#39;activation i contre SGNs en groupes t&eacute;moins soit 10 ng/ml de culture BDNF et NT3. Nos r&eacute;sultats indiquent que les combin&eacute;s BDNF et NT3 augmentent l&#39;activit&eacute; des courants activ&eacute;s par une hyperpolarisation et que la d&eacute;pendance vis-&agrave;-vis de la tension et l&#39;activation cin&eacute;tique d&#39;i dans SGNs sont sensibles aux variations de concentration de la neurotrophine. En outre, BDNF et NT3 appliqu&eacute;es ensemble induisent une diminution seuil de mise &agrave; feu, mais ne g&eacute;n&egrave;re pas un changement dans l&#39;adaptation de tir.

Application combin&eacute;e de brain-derived neurotrophic factor et neurotrophine 3 et son impact sur le neurone de ganglion spiral tir propri&eacute;t&eacute;s et courants activ&eacute;s par une hyperpolarisation.

Neurotrofine forniscono un efficace strumento per il salvataggio e la rigenerazione dei neuroni di ganglio spirale (SGNs) dopo la perdita dell&#39;udito neurosensoriale. Tuttavia, questi fattori di crescita nervosi sono anche potenti modulatori di espressione e di attivit&agrave; del canale ionico con il sistema uditivo periferico brain-derived neurotrophic factor (BDNF) e neurotrophin-3 (NT3) sono stati indicati in precedenza per alterare le propriet&agrave; di infornamento dei neuroni uditivi e differenzialmente regolano l&#39;espressione di alcuni canali del potassio in vitro. In questo studio abbiamo esaminato l&#39;attivit&agrave; della corrente mista-cazione hyperpolarization-mediata (I(h)) in primi SGNs postnatali ratto coltivate seguendo l&#39;esposizione combinata BDNF e NT3. Cellule intere patch-clamp registrazioni dopo 1 o 2 giorni in vitro hanno rivelato nessun cambiamento nell&#39;adattamento del firing dei neuroni in presenza di BDNF e NT3. Potenziali di membrana di riposo erano anche mantenuti, ma soglia di latenza e cottura spike era soggetta a regolamento da neurotrofine e da tempo in vitro. Registrazioni morsetto attuale ha rivelato un profilo di attivit&agrave; coerente con l&#39;attivazione della corrente hyperpolarization-attivato. Hyperpolarization membrana rapida &egrave; stata seguita da un tensione - e tempo-dipendente depolarizzante abbassamento di tensione. Nel morsetto di tensione, hyperpolarization membrana evocato verso un lentamente attivando l&#39;attuale che &egrave; stato bloccato con cesio reversibilmente e inibito da ZD7288. L&#39;ampiezza e la densit&agrave; di corrente della lettera era significativamente pi&ugrave; grande di BDNF e NT3 integrate culture, ma questo non si tradussero in una significativa alterazione nella grandezza di abbassamento di tensione. Neurotrofine fornito a 50 ng/ml prodotto un cambiamento hyperpolarizing in tensione-dipendenza e decorso pi&ugrave; lento della lettera attivazione rispetto al SGNs nei gruppi di controllo o coltivate con 10 ng/ml BDNF e NT3. I nostri risultati indicano che combinato BDNF e NT3 aumentare l&#39;attivit&agrave; delle correnti hyperpolarization-attivato e che la cinetica di voltaggio-dipendenza e attivazione della lettera in SGNs sono sensibili alle variazioni di concentrazione neurotrophin. Inoltre, BDNF e NT3 applicato insieme inducono una diminuzione della soglia di infornamento, ma non genera un cambiamento nell&#39;adattamento di infornamento.

Applicazione combinata di brain-derived neurotrophic factor e neurotrophin-3 e il suo impatto sul neurone di ganglio spirale hyperpolarization-attivato correnti e propriet&agrave; di cottura.

In mammals, the sensory hair cells and auditory neurons do not spontaneously regenerate and their loss results in permanent hearing impairment. Stem cell therapy is one emerging strategy that is being investigated to overcome the loss of sensory cells after hearing loss. To successfully replace auditory neurons, stem cell-derived neurons must be electrically active, capable of organized outgrowth of processes, and of making functional connections with appropriate tissues. We have developed an in vitro assay to test these parameters using cocultures of developing cochlear explants together with neural progenitors derived from human embryonic stem cells (hESCs). We found that these neural progenitors are electrically active and extend their neurites toward the sensory hair cells in cochlear explants. Importantly, this neurite extension was found to be significantly greater when neural progenitors were predifferentiated toward a neural crest-like lineage. When grown in coculture with hair cells only (denervated cochlear explants), stem cell-derived processes were capable of locating and growing along the hair cell rows in an en passant-like manner. Many presynaptic terminals (synapsin 1-positive) were observed between hair cells and stem cell-derived processes in vitro. These results suggest that differentiated hESC-derived neural progenitors may be useful for developing therapies directed at auditory nerve replacement, including complementing emerging hair cell regeneration therapies.

An in vitro model of developmental synaptogenesis using cocultures of human neural progenitors and cochlear explants.

Chez les mammif&egrave;res, les cellules sensorielles de cheveux et neurones auditifs ne r&eacute;g&eacute;n&egrave;rent pas spontan&eacute;ment et leur perte se traduit par une d&eacute;ficience auditive permanente. Th&eacute;rapie de cellules souches est une nouvelle strat&eacute;gie qui est &agrave; l&#39;&eacute;tude pour surmonter la perte de cellules sensorielles apr&egrave;s la perte d&#39;audition. Pour remplacer avec succ&egrave;s les neurones auditifs, cellules souches d&eacute;riv&eacute;es de neurones doivent &ecirc;tre &eacute;lectriquement actives, capables d&#39;excroissance organis&eacute; des processus et d&#39;&eacute;tablir des liens fonctionnels avec des tissus appropri&eacute;s. Nous avons d&eacute;velopp&eacute; un test in vitro pour tester ces param&egrave;tres &agrave; l&#39;aide des cocultures de mettre au point des explants cochl&eacute;aires ainsi que des prog&eacute;niteurs neurones d&eacute;riv&eacute;s des cellules souches embryonnaires humaines (CSEh). Nous avons constat&eacute; que ces cellules souches neurales sont &eacute;lectriquement actifs et &eacute;tendent leur neurites vers les cellules cili&eacute;es sensorielles des explants de cochl&eacute;aire. Ce qui est important, cette extension de neurites s&#39;est av&eacute;r&eacute;e pour &ecirc;tre significativement sup&eacute;rieure lorsque les cellules souches neurales ont &eacute;t&eacute; predifferentiated vers une lign&eacute;e de cr&ecirc;te neurale-comme. Lorsqu&#39;il est cultiv&eacute; en coculture avec des cellules cili&eacute;es seul (explants cochl&eacute;aire d&eacute;nerv&eacute;), processus de cellules souches d&eacute;riv&eacute;es ont &eacute;t&eacute; capables de localiser et qui poussent sur les rang&eacute;es de cellules cili&eacute;es de mani&egrave;re semblable au fr. Nombreuses terminaisons pr&eacute;synaptiques (synapsine 1-positive) ont &eacute;t&eacute; observ&eacute;es entre les cellules cili&eacute;es et des cellules souches d&eacute;riv&eacute;es de processus in vitro. Ces r&eacute;sultats sugg&egrave;rent que diff&eacute;renci&eacute;es des prog&eacute;niteurs neurones d&eacute;riv&eacute;es de CSEh peuvent &ecirc;tre utiles pour le d&eacute;veloppement de th&eacute;rapies r&eacute;alis&eacute;s lors du remplacement du nerf auditif, y compris le compl&eacute;ment des nouvelles th&eacute;rapies de r&eacute;g&eacute;n&eacute;ration de cellules cili&eacute;es.

Un mod&egrave;le in vitro de la synaptog&eacute;n&egrave;se du d&eacute;veloppement &agrave; l&#39;aide des cocultures des prog&eacute;niteurs neurones humaines et cochl&eacute;aire des explants.

Nei mammiferi, non rigenerare spontaneamente le cellule ciliate sensoriali e neuroni uditivi e loro perdita provoca sordit&agrave; permanente. Terapia della cellula formativa &egrave; una strategia emergente che si sta analizzando per superare la perdita di cellule sensoriali dopo la perdita dell&#39;udito. Per sostituire con successo neuroni uditivi, neuroni cellule staminali derivate devono essere elettricamente attiva, capace di escrescenza organizzata dei processi e di effettuare i collegamenti funzionali con tessuti appropriati. Abbiamo sviluppato un test in vitro per testare questi parametri utilizzando cocultures di sviluppare cocleare espianti insieme ai progenitori neurali derivate da cellule staminali embrionali umane (hESC). Abbiamo scoperto che questi progenitori neurali sono elettricamente attivi ed estendono i loro neuriti verso le cellule ciliate sensoriali in espianti cocleare. Soprattutto, questa estensione dei neuriti &egrave; stata trovata per essere significativamente maggiore quando progenitori neurali erano predifferentiated verso un lignaggio come cresta neurale. Quando coltivate in coculture con cellule ciliate solo (Denervato cocleare espianti), cellule staminali derivate processi erano in grado di localizzare e crescono lungo le righe delle cellule dei capelli in maniera en passant-like. Molti terminali presinaptiche (synapsin 1-positivo) sono stati osservati tra cellule ciliate e cellule staminali derivate processi in vitro. Questi risultati suggeriscono che la differenziata progenitori neurali hESC-derivato possono essere utile per lo sviluppo di terapie dirette al nervo uditivo sostituzione, tra cui integrando emergenti terapie di rigenerazione delle cellule dei capelli.

Un modello in vitro di pervasivi dello sviluppo mediante cocultures di progenitori neurali umane e cocleare explants.

In the auditory system, a specialized subset of sensory neurons are responsible for correctly relaying precise pitch and temporal cues to the brain. In individuals with severe-to-profound sensorineural hearing impairment these sensory auditory neurons can be directly stimulated by a cochlear implant, which restores sound input to the brainstem after the loss of hair cells. This neural prosthesis therefore depends on a residual population of functional neurons in order to function effectively.

Challenges for stem cells to functionally repair the damaged auditory nerve.

Dans le syst&egrave;me auditif, un sous-ensemble sp&eacute;cialis&eacute; de neurones sensoriels sont responsables pour relayer correctement l&#39;emplacement pr&eacute;cis et des rep&egrave;res temporels au cerveau. Chez les personnes ayant une d&eacute;ficience auditive neurosensorielle s&eacute;v&egrave;re &agrave; profonde que ces neurones sensoriels auditifs peuvent &ecirc;tre directement stimul&eacute;es par un implant cochl&eacute;aire, qui restaure sonore entr&eacute;e dans le tronc c&eacute;r&eacute;bral apr&egrave;s la perte des cellules cili&eacute;es. Cette proth&egrave;se neurale d&eacute;pend donc une population r&eacute;siduelle de neurones fonctionnels afin de fonctionner efficacement.

D&eacute;fis pour les cellules souches r&eacute;parer fonctionnellement le nerf auditif endommag&eacute;.

Il sistema uditivo, un sottoinsieme specifico dei neuroni sensoriali sono responsabili correttamente l&#39;inoltro intonazione precisa e spunti temporali al cervello. In individui con grave profonda ipoacusia neurosensoriale che questi neuroni sensoriali uditivi possono essere stimolati direttamente da un impianto cocleare, che ripristina audio ingresso al tronco cerebrale dopo la perdita di cellule ciliate. Questa protesi neurale dipende pertanto una residua popolazione di neuroni funzionali per poter funzionare efficacemente.

Sfide per le cellule staminali per la riparazione funzionale del nervo uditivo danneggiato.

Auditory neurons provide the critical link between a cochlear implant and the brain in deaf individuals, therefore their preservation and/or regeneration is important for optimal performance of this neural prosthesis. In cases where auditory neurons are significantly depleted, stem cells (SCs) may be used to replace the lost population of neurons, thereby re-establishing the critical link between the periphery (implant) and the brain. For such a therapy to be therapeutically viable, SCs must be differentiated into neurons, retained at their delivery site and damage caused to the residual auditory neurons minimized. Here we describe the transplantation of SC-derived neurons into the deaf cochlea, using a peptide hydrogel to limit their dispersal. The described approach illustrates that SCs can be delivered to and are retained within the basal turn of the cochlea, without a significant loss of endogenous auditory neurons. In addition, the tissue response elicited from this surgical approach was restricted to the surgical site and did not extend beyond the cochlear basal turn. Overall, this approach illustrates the feasibility of targeted cell delivery into the mammalian cochlea using hydrogel, which may be useful for future cell-based transplantation strategies, for combined treatment with a cochlear implant to restore function.

Hydrogel limits stem cell dispersal in the deaf cochlea: implications for cochlear implants.

Neurones auditifs fournissent le lien essentiel entre un implant cochl&eacute;aire et du cerveau chez les personnes sourdes, donc leur pr&eacute;servation et/ou de r&eacute;g&eacute;n&eacute;ration est importante pour des performances optimales de cette proth&egrave;se neuronale. Dans les cas o&ugrave; les neurones auditifs sont consid&eacute;rablement appauvris, les cellules souches (SCs) peut servir &agrave; remplacer la population perdue des neurones, r&eacute;tablissant ainsi le lien essentiel entre le cerveau et la p&eacute;riph&eacute;rie (implant). Un tel un traitement th&eacute;rapeutique viable, SCs doivent &ecirc;tre diff&eacute;renci&eacute;s dans les neurones, conserv&eacute;s &agrave; leur site de livraison et les dommages caus&eacute;s aux neurones auditifs r&eacute;siduels minimis&eacute;s. Nous d&eacute;crivons ici la greffe de neurones SC-d&eacute;riv&eacute; dans la cochl&eacute;e de sourde, &agrave; l&#39;aide d&#39;un hydrogel de peptide de limiter leur dispersion. L&#39;approche d&eacute;crite illustre que SCs peuvent &ecirc;tre livr&eacute;es &agrave; et sont conserv&eacute;es dans la tour basal de la cochl&eacute;e, sans perte significative des neurones auditifs endog&egrave;nes. En outre, la r&eacute;ponse tissulaire de cette approche chirurgicale &eacute;tait limit&eacute;e au site de la chirurgie et ne s&#39;&eacute;tendait pas au-del&agrave; de la tour basal cochl&eacute;aire. Dans l&#39;ensemble, cette approche illustre la faisabilit&eacute; de la livraison des cellules cibl&eacute;es dans la cochl&eacute;e de mammif&egrave;res &agrave; l&#39;aide d&#39;hydrogel, qui peut &ecirc;tre utile pour les strat&eacute;gies futures transplantation cellulaire, pour un traitement combin&eacute; avec un implant cochl&eacute;aire pour restaurer la fonction.

Hydrogel limite la dispersion des cellules souches dans la cochl&eacute;e de sourde : implications pour les implants cochl&eacute;aires.

Neuroni uditivi forniscono il collegamento fondamentale tra un impianto cocleare e il cervello in persone sorde, quindi loro conservazione e/o rigenerazione &egrave; importante per ottenere prestazioni ottimali di questa protesi neurali. Nei casi dove i neuroni uditivi sono notevolmente impoveriti, le cellule staminali (SCs) pu&ograve; essere utilizzate per sostituire la popolazione persa dei neuroni, quindi ristabilire il collegamento fondamentale tra la periferia (impianto) e il cervello. Per una terapia di essere terapeuticamente valida, SCs deve essere differenziato in neuroni, conservati al loro luogo di consegna e danni provocati per i neuroni uditivi residui ridotto al minimo. Qui descriviamo il trapianto di neuroni SC-derivato in coclea sordo, utilizzando un peptide idrogel per limitare la loro dispersione. L&#39;approccio descritto illustra che SCs possono essere recapitati e sono conservati all&#39;interno il giro basale della coclea, senza una significativa perdita di neuroni uditivi endogeni. Inoltre, la risposta del tessuto provocata da questo approccio chirurgico &egrave; stata limitata al sito chirurgico e non si estendeva oltre il giro basale coclea. In generale, questo approccio illustra la fattibilit&agrave; della consegna mirata delle cellule nella coclea dei mammiferi utilizzando idrogel, che pu&ograve; essere utile per le strategie di trapianto futuro cell-based, per il trattamento combinato con un impianto cocleare per ripristinare la funzione.

Idrogel limita la dispersione delle cellule staminali nella coclea sorda: implicazioni per gli impianti cocleari.

The cochlear implant provides auditory cues to profoundly deaf patients by electrically stimulating the residual spiral ganglion neurons. These neurons, however, undergo progressive degeneration after hearing loss, marked initially by peripheral fibre retraction and ultimately culminating in cell death. This research aims to use gene therapy techniques to both hold and reverse this degeneration by providing a sustained and localised source of neurotrophins to the deafened cochlea. Adenoviral vectors containing green fluorescent protein, with or without neurotrophin-3 and brain derived neurotrophic factor, were injected into the lower basal turn of scala media of guinea pigs ototoxically deafened one week prior to intervention. This single injection resulted in localised and sustained gene expression, principally in the supporting cells within the organ of Corti. Guinea pigs treated with adenoviral neurotrophin-gene therapy had greater neuronal survival compared to contralateral non-treated cochleae when examined at 7 and 11 weeks post injection. Moreover; there was evidence of directed peripheral fibre regrowth towards cells expressing neurotrophin genes after both treatment periods. These data suggest that neurotrophin-gene therapy can provide sustained protection of spiral ganglion neurons and peripheral fibres after hearing loss.

Neurotrophin gene therapy for sustained neural preservation after deafness.

L&#39;implant cochl&eacute;aire fournit des signaux auditifs aux patients sourds profonds en stimulant &eacute;lectriquement les neurones de ganglion spiral r&eacute;siduelle. Ces neurones, cependant, subissent une d&eacute;g&eacute;n&eacute;rescence progressive apr&egrave;s la perte auditive, marqu&eacute;e au d&eacute;part par la r&eacute;traction des fibres p&eacute;riph&eacute;riques et finalement qui a abouti &agrave; la mort cellulaire. Cette recherche vise &agrave; utiliser les techniques de th&eacute;rapie g&eacute;nique &agrave; la fois tenir et inverser cette d&eacute;g&eacute;n&eacute;rescence en fournissant une source durable et localis&eacute;e des neurotrophines &agrave; la cochl&eacute;e devenues sourde. Vecteurs viraux contenant la prot&eacute;ine fluorescente verte, avec ou sans le facteur neurotrophique d&eacute;riv&eacute; neurotrophine 3 et le cerveau, ont &eacute;t&eacute; inject&eacute;es dans le tour basal inf&eacute;rieur des m&eacute;dias de la scala de cobayes ototoxically devenus sourds une semaine avant l&#39;intervention. Cette injection unique a donn&eacute; lieu &agrave; l&#39;expression des g&egrave;nes localis&eacute;s et soutenue, principalement dans les cellules de soutien au sein de l&#39;organe de Corti. Les cobayes trait&eacute;s avec la th&eacute;rapie g&eacute;nique-neurotrophine ad&eacute;noviraux avait une plus grande survie neuronale par rapport &agrave; controlat&eacute;rale lima&ccedil;on non trait&eacute;es lorsqu&#39;examin&eacute; &agrave; 7 et 11 semaines post injection. Par ailleurs ; Il y avait des preuves de la repousse des fibres p&eacute;riph&eacute;riques dirig&eacute;e vers les cellules exprimant des g&egrave;nes de la neurotrophine apr&egrave;s deux p&eacute;riodes de traitement. Ces donn&eacute;es sugg&egrave;rent que la th&eacute;rapie g&eacute;nique de la neurotrophine peut fournir une protection soutenue des neurones du ganglion spiral et fibres p&eacute;riph&eacute;riques apr&egrave;s la perte d&#39;audition.

Th&eacute;rapie g&eacute;nique pour la pr&eacute;servation de neurones soutenue apr&egrave;s surdit&eacute; neurotrophine.

L&#39;impianto cocleare fornisce segnali uditivi ai pazienti profondamente sordi stimolando elettricamente i neuroni del ganglio spirale residua. Questi neuroni, tuttavia, subiscono degenerazione progressiva dopo aver segnata inizialmente da retrazione fibra periferica, la perdita dell&#39;udito e in definitiva che culmina nella morte delle cellule. Questa ricerca si propone di utilizzare tecniche di terapia genica per tenere sia invertire questa degenerazione fornendo una fonte di neurotrofine alla coclea assordata sostenuta e localizzata. Vettori adenovirali che contiene la proteina fluorescente verde, con o senza il fattore neurotrophic derivato neurotrophin-3 e il cervello, erano iniettati il turno basale inferiore della scala media delle cavie assordato ototoxically una settimana prima dell&#39;intervento. Questa singola iniezione ha provocato nell&#39;espressione del gene localizzato e sostenuta, principalmente in cellule di supporto all&#39;interno dell&#39;organo di Corti. Cavie trattate con terapia genica-neurotrophin adenovirali aveva una maggiore sopravvivenza neuronale rispetto alla controlaterale cochleae non trattata quando esaminate a 7 e 11 settimane post iniezione. Inoltre; non ci era prova di ricrescita fibra periferico diretto verso le cellule che esprimono geni neurotrophin dopo entrambi i periodi di trattamento. Questi dati suggeriscono che neurotrophin-gene therapy pu&ograve; fornire protezione sostenuta dei neuroni del ganglio spirale e fibre periferiche dopo la perdita dell&#39;udito.

Article	Year
A comparison of in vitro treatments for directing stem cells toward a sensory neural fate. American journal of otolaryngology\| PubMed ID: 21439680	2012
The spiral ganglion: connecting the peripheral and central auditory systems. Hearing research\| PubMed ID: 21530629	2011
The convergence of cochlear implantation with induced pluripotent stem cell therapy. Stem cell reviews\| PubMed ID: 21956409	2012
Combined application of brain-derived neurotrophic factor and neurotrophin-3 and its impact on spiral ganglion neuron firing properties and hyperpolarization-activated currents. Hearing research\| PubMed ID: 22796476	2012
An in vitro model of developmental synaptogenesis using cocultures of human neural progenitors and cochlear explants. Stem cells and development\| PubMed ID: 23078657	2013
Challenges for stem cells to functionally repair the damaged auditory nerve. Expert opinion on biological therapy\| PubMed ID: 23094991	2013
Hydrogel limits stem cell dispersal in the deaf cochlea: implications for cochlear implants. Journal of neural engineering\| PubMed ID: 23186887	2012
Neurotrophin gene therapy for sustained neural preservation after deafness. PloS one\| PubMed ID: 23284995	2012

Bryony A. Nayagam

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