جراحة زرع cochlear وتسجيلات استجابة جذع الدماغ السمعية أثارت كهربائياً في الفئران C57BL/6
يناير 9, 2019
نماذج حيوانية لزرع cochlear يمكن النهوض بمعرفة الأسس التكنولوجية لعلاج فقدان السمع الحسي الدائمة مع التحفيز الكهربائي. تقدم هذه الدراسة بروتوكول جراحية يصم الأذان الحادة وزرع cochlear صفيف القطب في الفئران، فضلا عن التقييم الوظيفي مع استجابة جذع الدماغ السمعية.
يمكن أن تقدم النماذج الحيوانية من غرسات القوقعة معرفتنا بالأساس التكنولوجي لعلاج فقدان السمع العصبي الحسي الدائم بالتحفيز الكهربائي. يوضح هذا البروتوكول الصمم الحاد وزرع القوقعة في الماوس. والتقييم الوظيفي لتحفيز زراعة القوقعة مع استجابة جذع الدماغ السمعي.
بعض التحديات الرئيسية لإجراء جراحة زرع قوقعة الأذن في الفئران هي صغر حجم القوقعة ووجود الشريان الصغير الكبير بالقرب من محراب النافذة المستديرة. لقياس حالة السمع العادية ، قم بتحميل الرغوة الصوتية في حقنة ملليلتر وحقن 100 إلى 200 ميكرولتر من الرغوة في قناة الأذن المقابلة من ثمانية إلى اثني عشر أسبوعًا C57 أسود 6 ماوس لعزل استجابة الدماغ السمعي من الأذن الكارينية ، مع الحرص على أن تختم الحقنة بشكل وثيق إلى الأذن لتسليم الرغوة على طول الطريق إلى قناة الأذن. بعد ذلك، ضع مكبر صوت 10 سنتيمترات من الأذن ipsilateral وتنظيف أقطابVR مع 70٪ الإيثانول.
ضع القطب المرجعي تحت الجلد تحت الـ قناء الأذن الإبسيلية والكترود النشط تحت جلد الرأس. وضع القطب الأرض تحت جلد الساق الخلفية. قم بتوصيل الراسبر و preamplifier بالمعالج السمعي عبر منفذ الألياف البصرية.
وتحقق من مقاومة الأقطاب النشطة والمرجعية. عندما تعرض الأقطاب نفس المعاوقة، أغلق كشك عازل للصوت وقدم تحفيز النقر. تسجيل aVR في حالة حقل مجاني مع معالج السمع المعقدة المناسبة والبرامج.
توحيد التحفيز فوق إلى 0.1 ميلي ثانية نقرات أحادية القناة واحد المقدمة في 21 هيرتز مع انخفاض مستوى النقر من 90 ديسيبل من مستوى ضغط الصوت إلى 10 ديسيبل من مستوى ضغط الصوت في 10 خطوات ديسيبل في نافذة تسجيل 10 ميلي ثانية. ثم حدد عتبة aVR كأدنى مستوى ديسيبل مع استجابة موجة aVR يمكن التعرف عليها. للحث على يصم الآذان، وضع الماوس على جانبها الأيمن مع الحرص على الحفاظ على الجسم على التوالي حتى تبقى الشعب الهوائية مفتوحة.
إزالة الفراء وراء الأذن ipsilateral وتطهير الجلد المكشوف مع حل الإيثانول 70٪ متتابعة وPovidone اليود حل الدعك. نقل الحيوان تحت المجهر تشريح واستخدام الهدف 16 مرة ومشرط لجعل واحد إلى واحد ونصف سنتيمتر شق ما بعد الجراحة. تحت التكبير 25 إلى 40x، واستخدام ملقط لتشريح حادة من خلال طبقة الدهون تحت الجلد المكشوفة والتراجع عن العضلات sternocleidomastoid للكشف عن periosteum الثيران timpanic.
يلتف العصب الوجهي حول الحافة الظهرية الخلفية للعضلات الستيروكليومستويد ويمتد على طول قناة الأذن نحو الـ بينا. استخدام العصب الوجه كمعلم لتحديد الثيران السمعية بلطف وضع أداة الداهم الذاتي في شق للوصول إلى الثيران. إزالة الأنسجة الإفراط في منطقة البودودرسال من البولو للسماح التصور واضحة من الحافة بين الثيران وعملية mastoid لطيف تدوير إبرة 30 guage في الثور لتوليد ثقب على الجانب الخلفي متفوقة من الحافة.
قرصة قطع العظام الصغيرة مع ملقط يميل غرامة لتوسيع استئصال ثيران حتى يتعرض تجويف الأذن الوسطى. وتمديد ثقب dorsally نحو عملية mastoid حتى فراغ نافذة مستديرة واضحة من العظام الإفراط. الخطوة الأكثر أهمية هي إعداد مكانة النافذة.
تأكد من أن تأخذ وقتك حتى لا تضر الشريان stapedial. مع الحرص على عدم تلف الشريان stapedial، تمديد استئصال ثيران في الاتجاه الأمامي متفوقة لتصور ستابس، وعظم الأذن الوسطى متصلة نافذة البيضاوي. ثم قم بإزالة stapes لفضح الإطار البيضاوي.
لتطبيق عامل السامة، واستخدام إبرة 30 guage حادة لثقب بلطف أغشية النافذة المستديرة والبيضاوية، مؤكدا أن perilymph تنفد. واستخدام حقنة ملليلتر واحدة مجهزة بإبرة قياس 30 لثقب ببطء 0.2 ملليلتر من وزن 5٪، من قبل حجم النيومايسين حل في برنامج تلفزيوني من خلال النافذة البيضاوية. عندما تم تسليم كامل حجم وكيل بغزارة الحل في نافذة مستديرة مع الحرص على عدم تلف هياكل العظام النافذة.
ووضع قطعة واحدة ملليمتر مربع من spongostan غارقة في النيومايسين داخل نافذة مستديرة ومنافذ النافذة البيضاوية. ثم إزالة الداهم وإغلاق شق، وتسجيل aVR الصوتية بعد يصم الآذان كما هو موضح بعد 30 دقيقة. لإدراج مجموعة قطبة زرع القطب، ضع أداة الداهم مرة أخرى في الشق لإعادة الوصول إلى الثيران وإدراج صفيف القطب في سكاكالا tympani على عمق بحيث يقع الحلقة البلاتينية الرابعة من الصفيف داخل النافذة المستديرة.
يمكن أيضا إدخال الصفيف القطب تكون صعبة. حتى تأخذ وقتك للعثور على زاوية الإدراج جيدة باستخدام أداة واحدة قوة لقيادة الأسلاك وآخر لإدراج مجموعة. لفائف سلك الرصاص داخل الثيران والغاء السلك إلى الأنسجة فوق الثيران.
بعد إزالة بعناية الداود وإغلاق الإدراج مع الغراء الأنسجة، واستخدام مقياس لجعل شق 0.5 ملليمتر في الرقبة، عمودي على الخط الفاصل بين حيث أقطاب نشطة ومرجعية aVR سوف يكون. ضع الكرة الأرضية في الإدراج وتوصيل لوحة صفيف الأقطاب الكهربائية بمنصة محفز الحيوانات. لأداء وavvr الكهربائية، ووضع الأقطاب الكهربائية كما أظهرت سابقا وفتح البرمجيات منصة محفز الحيوان.
ثم حدد نموذج تحفيز النبض الكهربائي وتقديم قطارات النبض الكهربائي تسجيل ردود aVR الكهربائية أثار بشكل مستمر عبر TBT Headstage، preamplifier، والمعالج السمعي. قبل و بعد عتبات السمع الجراحية بمثابة قراءة وظيفية من الإجراء يصم الآذان. تطبيق موضعي من 5٪ نيوميسين إلى النوافذ البيضاوية والجوّل يزيد بشكل كبير من عتبات السمع المُثارة.
التحفيز الكهربائي من القطب intracochlear آخر يصم الآذان يمكن أن تولد بشكل موثوق النشاط aVR الكهربائية. في بعض الحالات، ينشط تحفيز زراعة القوقعة العصب الوجهي وينتج موجة سعة عالية إما باستجابة قصيرة تتميز بتضخيم سريع للموجة الثالثة حول ثلاثة مللي ثانية ومن المرجح أن تكون استجابة مباشرة لعصب الوجه، أو الكمون الطويل الذي يظهر حوالي خمسة إلى ستة مللي ثانية ومن المرجح أن يكون استجابة myogenic غير السمعية ، تحتج بشكل غير مباشر من قبل عصب الوجه. في هذه الدراسة لقد أثبتنا أن نموذج الماوس زرع قوقعة الأذن هو ممكن أيضا زرع القوقعة صغيرة والجراحة:التحدي.
أثناء محاولة هذا الإجراء ، من المهم النظر في بروتوكول يصم الآذان للقضاء على أي استجابات كهربائية في تسجيلات aVR وتقليد تساقط خلايا الشعر الموجودة في معظم مستخدمي C.I.. . وباختصار، فإن العدد المتزايد من النماذج الوراثية للصمم البشري والأدوات الطبية الحيوية المتاحة في الفئران يجعلنا نموذجًا حيوانيًا جذابًا لأبحاث الأدوات بما في ذلك زراعة القوقعة.
نظرة عامة
تفصل هذه الدراسة بروتوكولًا جراحيًا لزراعة القوقعة في الفئران لدراسة الأسس التكنولوجية لعلاج فقدان السمع الحسي العصبي الدائم. تتضمن الدراسة طرقًا للإبهار الحاد والتقييم الوظيفي باستخدام استجابة جذع الدماغ السمعية، وتعالج التحديات مثل الحجم الصغير للقوقعة.
مكونات الدراسة الرئيسية
مجال العلم
- علم الأعصاب
- البحث السمعي
- الفيزيولوجيا الكهربية
الخلفية
- تستخدم الدراسة نماذج حيوانية لاستكشاف غرسات القوقعة.
- فقدان السمع الحسي العصبي الدائم هو مشكلة صحية مهمة.
- يهدف البروتوكول إلى تحسين تقنيات جراحة زراعة القوقعة.
- يمثل وجود الشريان الركابي الكبير تحديًا جراحيًا.
هدف الدراسة
- لتعزيز فهم غرسات القوقعة لاستعادة السمع.
- لتأسيس بروتوكول جراحي موثوق للإبهار الحاد في الفئران.
- لتقييم النتائج الوظيفية عبر استجابة جذع الدماغ السمعية.
الطرق المستخدمة
- تتضمن الطريقة التدخل الجراحي في الفئران C57BL/6.
- يركز النموذج على الإبهار الحاد وزراعة القوقعة.
- يتم إجراء التقييمات الوظيفية باستخدام استجابات جذع الدماغ السمعية.
- تشمل الخطوات الرئيسية إعداد مكان النافذة المستديرة وإدخال مصفوفة الأقطاب الكهربائية.
- يتم قياس عتبات السمع بعد الجراحة كنتيجة للإجراء.
النتائج الرئيسية
- يسمح البروتوكول بالإبهار وزراعة القوقعة بشكل آمن وفعال.
- تكشف التقييمات الكهربية الفسيولوجية عن تغييرات كبيرة في عتبات السمع بعد الزراعة.
- تشدد الدراسة على تقنية جراحية دقيقة لتجنب إتلاف الهياكل الحرجة.
- تدعم النتائج جدوى استخدام الفئران كنماذج لأبحاث زراعة القوقعة.
الاستنتاجات
- توضح هذه الدراسة بروتوكولًا قابلاً للتكرار لزراعة القوقعة في الفئران.
- تسلط الضوء على إمكانات هذا النموذج لمزيد من التحقيق في تقنيات استعادة السمع.
- تشير النتائج إلى فهم التحديات الجراحية المرتبطة بزراعة القوقعة.
الأسئلة المتداولة
Executive Industry Relevance
Establishing reliable murine models for cochlear implant research enables preclinical evaluation of neuroprosthetic technologies and supports target validation in auditory pathway therapeutics. This protocol addresses a critical bottleneck in translational hearing research by providing a reproducible surgical approach for acute deafening and electrode implantation in genetically tractable mice. The model facilitates mechanistic de-risking of implant design and stimulation paradigms prior to large-animal or clinical studies.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of genetic mechanisms underlying sensorineural hearing loss using C57BL/6 mice with available disease models.
- Operational Value: Provides a standardized surgical workflow for consistent cochlear implant placement and functional assessment via eABR.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates quantitative electrophysiological readouts (eABR thresholds) to evaluate implant efficacy and stimulation parameters.
- Operational Value: Establishes a reproducible assay platform for comparing electrode designs or ototoxic dosing regimens.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Supports preclinical validation of cochlear implant functionality in a disease-relevant system with controlled deafening.
- Operational Value: Enables longitudinal assessment of implant stability and neural response consistency post-surgery.
Pipeline & Workflow Integration
This method integrates into the discovery continuum from target validation through lead optimization by providing functional auditory readouts that inform neuroprosthetic design decisions.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing of gene-environment interactions in hearing loss models via controlled cochlear perturbation.
- Screening: Delivers standardized eABR outputs for quantitative comparison of implant performance across experimental conditions.
- Analytics: Enables threshold shift analysis and wave morphology assessment to quantify neural response fidelity.
- Translational Research: Bridges acute surgical intervention with functional outcomes relevant to human cochlear implant performance.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable surgical and electrophysiological platform for iterative neuroprosthetic development.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Reduces mechanistic ambiguity in implant-neural interface studies through direct electrophysiological measurement.
- Operational Value: Enhances reproducibility in multisite studies via standardized surgical and deafening protocols.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions in neuroprosthetic development by providing early functional validation data.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of implant candidates based on threshold shift and response reliability metrics.
Implementation Considerations
- Requires expertise in microsurgery, electrophysiology, and ototoxic agent handling.
- Demands microsurgical instrumentation, auditory brainstem response systems, and sterile field maintenance.
- Necessitates cross-functional alignment between surgical, neurophysiology, and data analysis teams for consistent eABR interpretation.
- Involves adaptation considerations for different mouse strains or genetic backgrounds affecting cochlear anatomy.
- Limited by the technical challenge of preserving cochlear microstructures during round window niche preparation.
