הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.

מאמר שיטה

החזיר המיניאטורי: מודל חייתי גדול לחקר שתל שבלול

4.1K צפיות

⸱

DOI:

10.3791/64174

⸱

28 ביולי 2022

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1College of Otolaryngology Head and Neck Surgery, Chinese PLA General Hospital, 2National Clinical Research Center for Otolaryngologic Diseases, 3Key Lab of Hearing Science, Ministry of Education, 4Beijing Key Lab of Hearing Impairment for Prevention and Treatment

* These authors contributed equally

במאמר זה

סיכום

חזירים מיניאטוריים (מיני חזירים) הם מודל אידיאלי של בעלי חיים גדולים למחקר על שתלי שבלול. ניתן להשתמש בניתוח השתלת שבלול במיני חזירים כדי לספק ראיות ראשוניות לבטיחות ולביצועים הפוטנציאליים של מערכי אלקטרודות חדשניים וגישות ניתוחיות במערכת חיה הדומה לבני אדם.

תקציר

שתלי שבלול (CI) הם השיטה היעילה ביותר לטיפול באנשים עם ליקוי שמיעה תחושתי עצבי חמור עד עמוק. למרות ש-CIs משמשים ברחבי העולם, לא קיים מודל סטנדרטי לחקר האלקטרופיזיולוגיה וההיסטופתולוגיה בחולים או מודלים של בעלי חיים עם CI או להערכת מודלים חדשים של מערכי אלקטרודות. מודל של בעלי חיים גדולים עם מאפייני שבלול דומים לאלה של בני אדם עשוי לספק פלטפורמת מחקר והערכה למערכים מתקדמים ומותאמים לפני השימוש בהם בבני אדם.

לשם כך, הקמנו שיטות CI סטנדרטיות עם מיני חזירים של Bama, שהאנטומיה של האוזן הפנימית שלהם דומה מאוד לזו של בני אדם. מערכים המיועדים לשימוש אנושי הושתלו בשבלול מיני חזירים דרך קרום חלון עגול, ובעקבותיהם נקטה גישה כירורגית שהייתה דומה לזו ששימשה מושתלי CI אנושיים. החדרת המערך לוותה במדידות של פוטנציאל פעולה תרכובת מעורר (ECAP) כדי להעריך את תפקודו של עצב השמיעה. מחקר זה מתאר את הכנת החיה, שלבים כירורגיים, החדרת מערך ומדידות אלקטרופיזיולוגיות תוך ניתוחיות.

התוצאות הצביעו על כך שניתן היה להשתיל בקלות את אותו CI המשמש לבני אדם במיני חזירים באמצעות גישה כירורגית סטנדרטית ולהניב תוצאות אלקטרופיזיולוגיות דומות כפי שנמדדו אצל מושתלי CI אנושיים. מיני-חזירים יכולים להיות מודל רב ערך של בעלי חיים כדי לספק ראיות ראשוניות לבטיחות ולביצועים הפוטנציאליים של מערכי אלקטרודות חדשניים וגישות כירורגיות לפני החלתם על בני אדם.

מבוא

על פי ארגון הבריאות העולמי (WHO), יותר ממיליארד אנשים נמצאים בסיכון לליקוי שמיעה ברחבי העולם, וההערכה היא שעד שנת 2050, אחד מכל ארבעה אנשים יסבול מליקוי שמיעה1. במהלך שני העשורים האחרונים, CIs היו ההתערבות היעילה ביותר עבור אנשים עם ליקוי שמיעה תחושתי עצבי חמור ועמוק קבוע (SNHL). CI ממיר אותות פיזיקליים של קול לאותות ביו-חשמליים הממריצים את נוירוני הגנגליון הספירליים (SGNs), תוך עקיפת תאי השערה. עם הזמן, האינדיקציות עבור CI הורחבו כך שהם כוללים כעת אנשים עם שמיעה שיורית, ליקוי שמיעה חד צדדי, ואנשים מבוגרים מאוד או צעירים 2,3,4. בינתיים, פותחו CIs מושתלים לחלוטין ומערכים מתקדמים5. עם זאת, אין מודל בעל חיים גדול בעל היתכנות כלכלית לחקר האלקטרופיזיולוגיה וההיסטופתולוגיה של האוזן הפנימית באמצעות CI. היעדר מודל גדול של בעלי חיים מגביל את המחקרים המבקשים לשפר את ה-CIs ולהשיג תובנות לגבי ההשפעה האלקטרופיזיולוגית של CIs על האוזן הפנימית.

מספר מודלים של חיות מכרסמים יושמו במחקרי CI, כגון עכבר6, גרביל7, חולדה8 ושרקן9; עם זאת, המאפיינים של מורפולוגיה ותגובות אלקטרופיזיולוגיות שונים מאלה שבבני אדם. מבנים שבלוליים של מודלים של בעלי חיים המשמשים באופן מסורתי למחקרי CI, כגון חתולים, שרקנים ובעלי חיים אחרים, שונים מאוד מאלה של מבני שבלול אנושיים10. למרות שהכנסת מערך נעשתה על חתולים11 וארנבות12, בגלל השבלול הקטן יותר שלהם, הדבר נעשה עם מערכים שלא תוכננו לשימוש בבני אדם. מספר מודלים גדולים של בעלי חיים נחקרו גם עבור CI. הטלאים מתאימים היטב כמודל אימון להשתלת שבלול א-טראומטית, אך גודלו הקטן יותר של השבלול הופך את החדרת המערך המלא לבלתי אפשרית13. פרימטים עשויים להיות בעלי החיים המתאימים ביותר למחקר CI בגלל הדמיון האנטומי שלהם לבני אדם14,15; עם זאת, הבגרות המינית של קופים מתעכבת (4-5 שנים), תקופת ההריון היא עד כ 165 ימים, וכל נקבה בדרך כלל מייצרת רק צאצא אחד בשנה16. סיבות אלה, והעלות היקרה, מעכבות את היישום הנרחב של פרימטים במחקר CI.

לעומת זאת, חזירים מגיעים לבגרות מינית בגיל 5-8 חודשים ויש להם תקופת הריון של ~ 114 ימים, מה שהופך את החזירים לנגישים יותר למחקר CI כמודל חיה גדול16. מקורם של חזירי באמה מיני (מיני חזירים) הוא במין חזיר קטן בסין בשנת 1985, שהרקע הגנטי שלו מובן היטב. הם מאופיינים בגודל קטן אינהרנטי, בגרות מינית מוקדמת, רבייה מהירה וקלות ניהול17. המיני-חזיר הוא מודל אידיאלי לאוטולוגיה ואודיולוגיה בגלל הדמיון שלו לבני אדם במורפולוגיה ובאלקטרופיזיולוגיה18. אורך הסקאלה טימפני של מיני חזיר באמה הוא 38.58 מ"מ, שהוא קרוב לאורך 36 מ"מ בבני אדם10. לשבלול המיני-חזיר יש 3.5 סיבובים, בדומה ל-2.5-3 סיבובים שנראים בבני אדם10. בנוסף למורפולוגיה, האלקטרופיזיולוגיה של מיני חזירי באמה דומה מאוד לזו של בני אדם18. לכן, במחקר הנוכחי, הכנסנו מערכים המיועדים לשימוש אנושי לתוך שבלול מיני-חזיר דרך קרום החלון העגול ונקטנו בגישה כירורגית דומה לזו המשמשת במקבלי CI אנושיים. מדידות ECAP תוך ניתוחיות יושמו כדי להעריך את ההליך. התהליך שאנו מתארים כאן יכול לשמש הן למחקר תרגומי פרה-קליני הקשור ל-CIs והן כפלטפורמה להכשרת תושבים.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

כל ההליכים והניתוחים בבעלי חיים נערכו על פי הנחיות ועדת האתיקה של בית החולים הכללי PLA ואושרו.

1. הרדמה והכנה כירורגית

  1. להזריק את החזיר (זכר, בן חודשיים, 5 ק"ג) באופן שרירי עם tiletamine ו zolazepam עם מינון של 10-15 מ"ג / ק"ג ו intubate אותו עם צינור endotracheal 5.5-צרפתית. לשמור על הרדמה על ידי הנשמה בסיוע הנשמה עם שאיפת איזופלואורן. עקוב אחר רוויון החמצן (>90%), הנשימה (15-20 לדקה) וקצב הלב (60-120 פעימות לדקה) באמצעות מהדק אוקסימטריית הדופק של צג אק"ג, המחובר ללשון החזיר.
  2. שים את המיני חזיר במצב צדדי שמאלי (כאשר יש להשתיל את הצד הימני) על כרית חימום מווסתת תרמוסטטית כדי למנוע היפותרמיה. אשר את החזיר הוא מורדם כראוי באמצעות גירויים שונים. ודא היעדר כל התגובות (למשל, רפלקס צביטה בבוהן). יש למרוח משחת דמעות מלאכותית על עיני המיניפיג כדי למנוע את התייבשות הקרנית. יש לעצום את העיניים באמצעות מדבקה רפואית.
  3. לגלח את אזור הניתוח סביב תנוך האוזן, לשמור על קוטרו 10 ס"מ (איור 1) ולחטא אותו עם שלוש ספוגיות מתחלפות של יוד ואלכוהול בתנועה מעגלית מהמרכז לכיוון חוץ. כסו את אזור הניתוח בווילונות כירורגיים סטריליים.
  4. מכסים את המיקרוסקופ בשרוול פלסטיק סטרילי ומסירים את החלקים המכסים את העיניים ואת המטרה.

2. הליך כירורגי

  1. אתר את אתר ההקרנה של פני השטח של השבלול 1 ס"מ מאחורי הסולקוס האוריקולרי האחורי בגובה תנוך האוזן. בצע חתך פוסט-אוריקולרי באורך של כ-5 ס"מ כאשר אתר ההקרנה הוא המרכז באמצעות אזמל #15. חלקו את הרקמה התת-עורית, בלוטת הפרוטיד והשריר הסטרנוקלידומסטואידי במיקרו-מספריים כדי לחשוף את פני השטח של עצם המסטואיד (איור 2A). יש להשתמש בצריבה דו קוטבית בעת הצורך כדי למזער את הדימום.
  2. כריתת מסטואידקטומיה של קליפת המוח
    1. קדחו את המסטואיד בהקרנת פני השטח של השבלול על עצם המסטואיד (איור 2B) לתעלת השמע החיצונית (EAC), שהיא צפופה וכחולה בהירה (איור 2C). היזהרו שלא לפגוע במקטע האנכי החיוור או האדמדם של עצב הפנים הגבי ל-EAC כדי למנוע דימום (איור 2C).
      הערה: אם עצב הפנים פגום, צריבה דו קוטבית היא בחירה טובה כדי לעצור דימום.
  3. חשוף את הטימפנום על-ידי קידוח העצם המקיפה את ה-EAC הגרמי האחורי (איור 2D). הפרד את העור של EAC ואת עצב הפנים עם מחט hypodermic כדי למנוע נזק לעצב הפנים. דחפו בזהירות את העור של ה-EAC כדי לחשוף את הטימפנום (כולל שרשרת ה-OSSICULAR) ואת גומחת החלון העגול (איור 3A).
  4. חשוף את קרום החלון העגול. הסירו את גומחת החלון העגול בעזרת בור יהלום קטן, ושמרו על שאיבה-השקיה רציפה כדי לחשוף את הסיבוב הבסיסי של השבלול ואת קרום החלון העגול (איור 3B).
  5. תקן את חבילת המקלט. הפרידו את שריר הקודקוד הגולגולתי כדי ליצור כיס גדול מספיק עבור המקלט. מניחים את חבילת המקלט הפנימי בכיס השרירי ומתקנים אותה עם תפר קיבוע.
  6. הכנס את מערך האלקטרודות, המחובר למקלט הקבוע בכיס שרירי, על-ידי פתיחת קרום החלון העגול באמצעות סכין מיקרו-כירורגית חדה והחדרת המערך באמצעות מיקרו-מלקחיים באיטיות, בהתמדה וברציפות ביחס למודיולוס של השבלול (איור 3C). לתפור את החתך הניתוחי עם תפר נספג 2-0.
  7. מדידות ECAP
    הערה: ההתקנה מורכבת ממחשב עם תוכנת MAESTRO המחוברת לשתל השבלול (CI) של המטופל באמצעות התקן הגירוי (ממשק תכנות MAX) וסליל CI.
    1. חבר באופן מגנטי את סליל ה- CI למקלט ה- CI דרך העור. אשר את תקינות ה-CI ובדוק את עכבת האלקטרודה עבור כל הערוצים לפני מדידות ECAP באמצעות פונקציית הטלמטריה של ה-CI, המתבצעת על-ידי MAESTRO Software באופן אוטומטי (איור 4A,B).
    2. בצע את מדידות ה- ECAP כפי שתואר קודםלכן 19. בחר את מודול ה- ECAP, בחר את כל 12 האלקטרודות לגירוי והמתן להשלמת בדיקות ה- ECAP של האלקטרודות. עיין בטבלת החומרים עבור התוכנה והתקן הגירוי המשמשים למדידת תגובות ECAP. עורר את כל 12 האלקטרודות למדידות ECAP באמצעות גירויים דו-פאזיים של משך פאזה של 30 μs, עם פרדיגמת קוטביות מתחלפת, ממוצע של מעל 25 איטרציות, וקצב גירוי של 45.1 פולסים לשנייה.

3. טיפול לאחר הניתוח

  1. המשיכו לעקוב אחר המיני-חזיר כדי למנוע נזק כתוצאה מתנועה לא מודעת עד שהוא יחזור להכרה מספקת כדי לשמור על שכיבה סטרנלית. שים את המיניפיג על כרית החימום המווסתת תרמוסטטית כדי למנוע היפותרמיה.
  2. החזירו את המיני-חזיר לכלוב הביתי שלו לבדו.
  3. להזריק אנטיביוטיקה כדי למנוע זיהום לאחר הניתוח במשך 7 ימים.
  4. בדוק את מיני חזיר עבור סימפטומים של פגיעה שיווי המשקל כגון ניסטגמוס, סיבוב, או גלגול.

4. סריקת CT לאחר הניתוח

  1. מתן הזרקה תוך שרירית של 3% נתרן פנטוברביטל 1 מ"ל/ק"ג, ו-0.1 מ"ל/ק"ג סולפוראפן למיניפיג להשראת הרדמה. השתמשו בצלחת חימום בטמפרטורה של 37 מעלות צלזיוס כדי לשמור על חום גופה. לאחר 3 או 5 דקות, ניתן לבצע בדיקת CT.
  2. כדי לאשר את המיקום הנכון של מערך האלקטרודות, narcotize מיני חזיר עם tiletamine ו zolazepam 1 שבוע לאחר הניתוח. בצע את סריקת ה-CT ואת השחזור בתלת-ממד20 באמצעות פלטפורמת מחשוב התמונות של כלי הפריסה התלת-ממדיים (ראה טבלת חומרים). יבא נתוני DICOM של ה- CT ונהל את מודול עיבוד אמצעי האחסון כדי להשיג תמונות תלת-ממדיות של ה- CI.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

השלמות (איור 4A) והעכבות (איור 4B) של ה-CI אושרו על-ידי MAESTRO Software. תוצאות ECAP הראו שכל 12 האלקטרודות הדגימו תגובות עצביות טובות (איור 4C), כלומר מערך האלקטרודות היה מחובר היטב לציר השבלול ועורר את עצב השמיעה. איור 5 מדגים סלילי אלקטרודות משוחזרים בתלת-ממד לאחר הניתוח בשבלול הימני. המערך לא התקפל או התנתק. מערך האלקטרודות התפתל בסיבוב הבסיסי של השבלול (איור 5A), והאל...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

כ-15% מאוכלוסיית העולם סובלים מליקוי שמיעה כלשהו, ומעל 5% סובלים מליקוי שמיעהמשבית 21. מתן CI הוא הטיפול היעיל ביותר הן במבוגרים והן בילדים עם ליקוי שמיעה תחושתי עצבי חמור ועמוק. כמגרה העצבים הגולגולתי המושתל המוצלח הראשון, במהלך 2 העשורים האחרונים, CIs הציעו לאלפי אנשים עם ליקוי שמיעה את ההזדמנות לחזור לעולם הצלילים ולהשתלב (מחדש) בחברה המיינסטרים. אף על פי ש-CIs שונים כיום מאוד מהמראה והתפקיד המקוריים שלהם, מחקר CI עדיין חסר מודל בעלי חיים גדול הדומה לבני אדם. מודל חסכוני ונגיש של בעלי חיים גדול...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

המחברים מצהירים כי אין להם ניגודי עניינים.

תודות

מחקר זה מומן על ידי מענקים מהקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (מס '81970890) ופרויקט התמריצים לביצועים של מכון המחקר המדעי בצ'ונגצ'ינג (מס '19540). אנו מודים לאננדהאן דאנסינג וז'י שו מחברת MED-EL על תמיכתם.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
יהלום 0.5 מ"מ
קוץ יהלום 1 מ"מ קוץ
יהלום 5 מ"מ קוץ
2-0 תפר משי
תלת מימד פורס פלטפורמתשחזור תלת מימד של תמונת
אלכוהול צריבה
אלקטרו-קואגולציהעצירת דימום
CI המיועד לשימוש אנושי (CONCERTO FLEX28)MED-EL  Concerto F28
מלקחיים
מוניטור
תמיסת
איזופלורן3.6 מ"ל לשעה
לרינגוסקופ
MAESTRO תוכנהMED-ELלמדוד תגובות ECAP
מלקחיים
מיקרו מרית
מלקחיים נגד יתושים
מחזיק
בדיקת
מכשיר
מכשירים כירורגיים אוטולוגיים 
מכונת
עם להב מס' 15
מספריים
מכשיר לגירוי
כירורגית
כוח כירורגי
טילטמין וזולזפן10-15 מ"ג/ק"ג
מלקחיים
צינורית
קוץ יהלום מחשוב תמונה CT דו קוטבית דו-קוטבית לבישהא.ק.גיוד מיקרו מחטמחטיניקה בלחץ שלילי אזמל הרדמה נשימתית מכונת גילוח (ממשק תכנות MAX)MED-EL מדידת תגובות ECAP מיקרוסקופ ניתוח Leica מקדחה מכשיר רקמות קנה הנשימה

מקורות

  1. World Health Organization. World report on hearing. World Health Organization. , Geneva, Switzerland. Available from: https://www.who.int/publications/i/item/world-report-on-hearing (2021).
  2. Lee, S. Y., et al. Natural course of residual hearing preservation with a slim, modiolar cochlear implant electrode array. American Journal of Otolaryngology. 43 (2), 103382(2022).
  3. Lorens, A., et al. Binaural advantages in using a cochlear implant for adults with profound unilateral hearing loss. Acta Oto-Laryngologica. 139 (2), 153-161 (2019).
  4. Lally, J. W., Adams, J. K., Wilkerson, B. J. The use of cochlear implantation in the elderly. Current Opinion in Otolaryngology & Head and Neck Surgery. 27 (5), 387-391 (2019).
  5. Rhodes, R. M., Tsai Do, B. S. Future of implantable auditory devices. Otolaryngologic Clinics of North America. 52 (2), 363-378 (2019).
  6. Colesa, D. J., et al. Development of a chronically-implanted mouse model for studies of cochlear health and implant function. Hearing Research. 404, 108216(2021).
  7. Toulemonde, P., et al. Evaluation of the efficacy of dexamethasone-eluting electrode array on the post-implant cochlear fibrotic reaction by three-dimensional immunofluorescence analysis in Mongolian gerbil cochlea. Journal of Clinic Medicine. 10 (15), 3315(2021).
  8. King, J., Shehu, I., Roland, J. T., Svirsky, M. A., Froemke, R. C. A physiological and behavioral system for hearing restoration with cochlear implants. Journal of Neurophysiology. 116 (2), 844-858 (2016).
  9. Chen, M., Min, S., Zhang, C., Hu, X., Li, S. Using extracochlear multichannel electrical stimulation to relieve tinnitus and reverse tinnitus-related auditory-somatosensory plasticity in the cochlear nucleus. Neuromodulation. , (2021).
  10. Yi, H., et al. Miniature pigs: A large animal model of cochlear implantation. American Journal of Translational Research. 8 (12), 5494-5502 (2016).
  11. Vollmer, M., Beitel, R. E., Schreiner, C. E., Leake, P. A. Passive stimulation and behavioral training differentially transform temporal processing in the inferior colliculus and primary auditory cortex. Journal of Neurophysiology. 117 (1), 47-64 (2017).
  12. Sunwoo, W., Delgutte, B., Chung, Y. Chronic bilateral cochlear implant stimulation partially restores neural binaural sensitivity in neonatally-deaf rabbits. The Journal of Neuroscience. 41 (16), 3651-3664 (2021).
  13. Mantokoudis, G., et al. Lamb temporal bone as a surgical training model of round window cochlear implant electrode insertion. Otology & Neurotology. 37 (1), 52-56 (2016).
  14. de Abajo, J., et al. Effects of implantation and reimplantation of cochlear implant electrodes in an in vivo animal experimental model (Macaca fascicularis). Ear and Hearing. 38 (1), 57-68 (2017).
  15. Johnson, L. A., Della Santina, C. C., Wang, X. Temporal bone characterization and cochlear implant feasibility in the common marmoset (Callithrix jacchus). Hearing Research. 290 (1-2), 37-44 (2012).
  16. Yin, P., Li, S., Li, X. J., Yang, W. New pathogenic insights from large animal models of neurodegenerative diseases. Protein & Cell. , (2022).
  17. Yu, S. M., Wang, C. W., Zhao, D. M., Zhang, Q. C., Pei, D. Z. Raising and pathogen purification of Chinese experimental mini-pig. Laboratory Animal Science and Administration. 20, 44-46 (2003).
  18. Guo, W., et al. The morphology and electrophysiology of the cochlea of the miniature pig. The Anatomical Record. 298 (3), 494-500 (2015).
  19. Christov, F., et al. Electric compound action potentials (ECAPs) and impedances in an open and closed operative site during cochlear implantation. Cochlear Implants International. 20 (1), 23-30 (2019).
  20. Zhong, L. L., et al. Inner ear structure of miniature pigs measured by multi-planar reconstruction techniques. American Journal of Translational Research. 10 (3), 709-717 (2018).
  21. The Lancet. Hearing loss: An important global health concern. The Lancet. 387 (10036), 2351(2016).
  22. Guo, R., et al. Cochlear implant-based electric-acoustic stimulation modulates neural stem cell-derived neural regeneration. Journal of Materials Chemistry B. 9 (37), 7793-7804 (2021).
  23. Gabrielpillai, J., Geissler, C., Stock, B., Stöver, T., Diensthuber, M. Growth hormone promotes neurite growth of spiral ganglion neurons. Neuroreport. 29 (8), 637-642 (2018).
  24. Li, H., et al. Guided growth of auditory neurons: Bioactive particles towards gapless neural - electrode interface. Biomaterials. 122, 1-9 (2017).
  25. Wille, I., et al. Development of neuronal guidance fibers for stimulating electrodes: Basic construction and delivery of a growth factor. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 10, 776890(2022).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

תגיות

מודל חזיר זעירהשתתלות קוכלאהשתלים קוכלארייםהחדרת מערך אלקטרודותפוטנציאל פעולה מורכב מושרהתפקוד העצב השמיעתיקרומי החלון העגולשחזור תלת-ממדיגישה כירורגית
החזיר המיניאטורי: מודל חייתי גדול לחקר שתל שבלול
צרו קשר
המליצו לספרייה

פרטיות

תנאי שימוש

מדיניות

זכויות יוצרים © 2026 MyJoVE Corporation. כל הזכויות שמורות.