Meerschweinchen-Rundfenstermembran-Explantation für Ex-vivo-Studien
Summary
Dieses Protokoll beschreibt eine Methode zur Explantation der Rundfenstermembran aus Schläfenknochen von Meerschweinchen, die eine wertvolle Ressource für Ex-vivo-Studien darstellt.
Abstract
Die effiziente und minimalinvasive Verabreichung von Medikamenten an das Innenohr ist eine große Herausforderung. Die runde Fenstermembran (RWM) ist als einer der wenigen Eintrittspunkte in das Innenohr zu einem wichtigen Forschungsschwerpunkt geworden. Aufgrund der Komplexität der Isolierung des RWM bleibt unser Verständnis seiner Pharmakokinetik jedoch begrenzt. Das RWM besteht aus drei verschiedenen Schichten: dem äußeren Epithel, der mittleren Bindegewebsschicht und der inneren Epithelschicht, die jeweils potenziell einzigartige Verabreichungseigenschaften besitzen.
Aktuelle Modelle zur Untersuchung des Transports durch das RWM verwenden In-vivo-Tiermodelle oder Ex-vivo-RWM-Modelle, die auf Zellkulturen oder Membranfragmenten basieren. Meerschweinchen dienen als validiertes präklinisches Modell für die Untersuchung der Arzneimittelpharmakokinetik im Innenohr und sind ein wichtiges Tiermodell für die translationale Entwicklung von Verabreichungsvehikeln an die Cochlea. In dieser Studie beschreiben wir einen Ansatz zur Explantation eines Meerschweinchen-RWM mit umgebendem Cochlea-Knochen für Experimente zur Medikamentenverabreichung auf dem Labortisch. Diese Methode ermöglicht die Beibehaltung der nativen RWM-Architektur und kann eine realistischere Darstellung von Transporthindernissen liefern als aktuelle Tischmodelle.
Introduction
Für die Behandlung von Schallempfindungsschwerhörigkeit sind neuartige Klassen von Therapeutika entstanden. Die Translation dieser Therapeutika in klinische Populationen ist durch sichere und wirksame Transportwege in das Innenohr begrenzt. Aktuelle Methoden der In-vivo-Verabreichung in Tierversuchen beruhen entweder auf der Fenestration in das Innenohr oder auf der Diffusion durch die Rundfenstermembran (RWM), eine nicht-knöcherne Barriere, die den Mittelohrraum von der Cochlea trennt1.
Chirurgische Fenestration und Mikroinjektion in das Innenohr sind beide invasiv und können Risiken für die verbleibende Innenohrfunktiondarstellen 2. Daher ist das RWM ein wichtiger Weg für die lokale Arzneimittelabgabe, und Meerschweinchen sind das primäre präklinische Tiermodell, das zur Untersuchung der lokalen Arzneimittelpharmakokinetik im RWM und im Innenohr für die pharmazeutische Entwicklung verwendet wird 3,4. Obwohl das Meerschweinchen-RWM dünner ist als das menschliche RWM, hat es eine identische dreischichtige Struktur. Es hat einen Durchmesser von etwa 1 mm, eine Dicke von 15 bis 25 μm und besteht aus zwei Epithelzellschichten, die eine Bindegewebsschicht5 umgeben. Die dem Mittelohr zugewandte Epithelschicht ist dicht gepackt und über Tight Junctions verbunden, während die dem Innenohr und der Scala tympani zugewandte Schicht eine lockerere Architektur aufweist und keine signifikanten interzellulären Adhäsionen aufweist.
Aktuelle präklinische Studien zur Untersuchung der Arzneimittelpermeabilität beim Meerschweinchen-RWM beruhen auf In-vivo-Mittelohrinjektionen mit anschließender Probenahme der Perilymphflüssigkeit im Innenohr, was eine spezifische Untersuchung des RWM-Transports nicht zulässt 6,7. Fragmente von RWM-Explantaten wurden in präklinischen Studien verwendet, sind jedoch aufgrund ihrer Zerbrechlichkeit und geringen Größe nicht für systematische, mikrofluidische Untersuchungen des Arzneimittel- und Fahrzeugtransports geeignet, die eine wasserdichte Abdichtung über das RWM2 erfordern. Andere Gruppen haben In-vitro-Modelle mit kultivierten menschlichen Epithelzellen verwendet, um sich dem RWM 8,9,10 anzunähern. Die meisten dieser Konstrukte konzentrieren sich jedoch ausschließlich auf die äußere Epithelschicht und erfassen nicht die Komplexität der nativen Gewebearchitektur. Für ein detaillierteres Verständnis der Transportmechanismen im RWM sind gezielte Ex-vivo-Studien erforderlich.
In dieser Studie demonstrieren wir die Explantation eines Meerschweinchen-RWM mit umgebender knöcherner Unterstützung, um die Membranintegrität zu erhalten, und veranschaulichen ihre Verwendung in einem experimentellen Paradigma, das für die spezifische Untersuchung des RWM-Transports von Medikamententrägerfahrzeugen entwickelt wurde.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bei der lokalen Verabreichung von Medikamenten an das Ohr ist das RWM der primäre Durchgangsweg für Therapeutika, um das Innenohr zu erreichen. Ein genaues und zuverlässiges Tischmodell ist erforderlich, um Transportmechanismen und Permeabilität in neuartigen Verabreichungsvehikeln und für die Arzneimittelentwicklung besser zu verstehen. In dieser Studie zeigen wir, dass die RWM-Explantation von Meerschweinchen ein praktikables und zuverlässiges Verfahren ist, um systematische Untersuchungen von Arzneimittel-Membra…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde teilweise durch die NIDCD-Zuschüsse Nr. 1K08DC020780 und 5T32DC000027-33 sowie den Rubenstein Hearing Research Fund unterstützt.
Materials
| 1 mm Diamond Ball Drill Bit | Anspach | 1SD-G1 | |
| 2 mm Diamond Ball Drill Bit | Anspach | 2SD-G1 | |
| 6 mm Diamond Ball Drill Bit | Anspach | 6D-G1 | |
| ANSPACH EMAX 2 Plus System | Anspach | EMAX2PLUS | Any bone cutting drilling system will work |
| BD Eclipse Needle 27 G x 1/2 in. with detachable 1 mL BD Luer-Lok Syringe | Becton, Dickinson, and Co. | 382903057894 | Any 27-28 G needle |
| Gorilla Epoxy | Gorilla | 4200101 | |
| Kwik-CAST | World Precision Instruments | KWIK-CAST |
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