Hier beschrijven we een techniek voor het oogsten van menselijke vestibulaire eindorganen onder fysiologische omstandigheden tijdens labyrinthectomie en hun analyse met behulp van immunokleuring.
Methodenartikel
Hier beschrijven we een techniek voor het oogsten van menselijke vestibulaire eindorganen onder fysiologische omstandigheden tijdens labyrinthectomie en hun analyse met behulp van immunokleuring.
Het levende menselijke binnenoor is een uitdaging om te bestuderen omdat het is ingekapseld in een dicht otisch capsulebot dat de toegang tot biologisch weefsel beperkt. Traditionele histopathologiemethoden voor tijdelijk bot zijn gebaseerd op langdurige, dure ontkalkingsprotocollen die 9-10 maanden duren en die de soorten weefselanalyse verminderen die mogelijk zijn als gevolg van RNA-degradatie. Er is een kritieke behoefte aan het ontwikkelen van methoden om toegang te krijgen tot vers menselijk binnenoorweefsel om otologische ziekten, zoals de ziekte van Ménière, op cellulair en moleculair niveau beter te begrijpen. Dit artikel beschrijft een techniek voor het oogsten van menselijke vestibulaire eindorganen van een levende donor onder fysiologische omstandigheden. Een persoon met de ziekte van Ménière en 'druppels' die ongevoelig waren voor intratympanische gentamicine-injectie onderging een labyrinthectomie. Een traditionele mastoïdectomie werd eerst uitgevoerd en de horizontale en superieure halfcirkelvormige kanalen (SCC) werden geïdentificeerd. De mastoïdholte werd gevuld met een uitgebalanceerde zoutoplossing, zodat het labyrint onder meer fysiologische omstandigheden kon worden geopend om de cellulaire integriteit te behouden. Een endoscoop van nul graden, uitgerust met een irrigatiesysteem voor het reinigen van lenzen, werd gebruikt om de ondergedompelde mastoïdholte te visualiseren, en een diamantbraam van 2 mm werd gebruikt om de horizontale en superieure SCC's te skeletteren en te openen, gevolgd door de vestibule. De ampullen en een deel van de kanaalkanalen voor de superieure en laterale SCC's werden geoogst. De utrikel werd op dezelfde manier geoogst. Het geoogste weefsel werd onmiddellijk in een ijskoude buffer geplaatst en vervolgens gedurende een uur gefixeerd in 4% paraformaldehyde in met fosfaat gebufferde zoutoplossing (PBS). Het weefsel werd meerdere keren gespoeld in 1x PBS en gedurende 48 uur bij 4 °C bewaard. De weefselmonsters ondergingen immunokleuring met een combinatie van primaire antilichamen tegen tenascine-C (Calyx), oncomoduline (streolaire haarcellen), calretinine (Calyx en Type II haarcellen), synaptisch blaasjeseiwit 2 (efferente vezels en boutons), β-tubuline 1 (Kelk en afferente boutons), gevolgd door incubatie met fluorofoor-geconjugeerde secundaire antilichamen. De weefselmonsters werden vervolgens gespoeld en gemonteerd voor confocaal microscopisch onderzoek. Beelden onthulden de aanwezigheid van amculaire en maculaire haarcellen en neurale structuren. Dit protocol toont aan dat het mogelijk is om intact, hoogwaardig menselijk binnenoorweefsel van levende donoren te oogsten en kan een belangrijk hulpmiddel zijn voor de studie van otologische aandoeningen.
Het levende menselijke binnenoor is een uitdaging om te bestuderen vanwege de locatie in het dichte otische capsulebot van het slaapbeen. Bijgevolg is de toegang tot menselijk inwendig weefsel beperkt en hebben onderzoekers voornamelijk vertrouwd op postmortale weefseloogst. Postmortale temporele bothistopathologie (TBH) is al meer dan 100 jaar een cruciaal hulpmiddel voor het begrijpen van menselijke otologische aandoeningen 1,2,3. Weefsel voor TBH wordt bereid door de postmortale oogst van het slaapbeen, een langdurig (9-10 maanden) ontkalkings- en weefselvoorbereidingsproces, gevolgd door hematoxyline- en eosinekleuring. Hoewel TBH een essentieel hulpmiddel zal blijven voor het onthullen van nieuwe informatie over het gezonde en zieke menselijke binnenoor, beperken lange postmortale tijden en lange en harde weefselverwerkingsmethoden het nut ervan voor bepaalde doeleinden, waardoor aanvullende methoden nodig zijn om menselijk binnenoorweefsel te bestuderen. Beeldvorming met magnetische resonantie met hoge resolutie kan organen van het binnenoor visualiseren, maar mist voldoende resolutie om structuren op cellulair of moleculair niveau te bekijken 4,5. Als gevolg van deze uitdagingen blijven veel aandoeningen van het binnenoor bij de mens slecht begrepen.
Een alternatieve benadering is het oogsten van binnenoorweefsel tijdens de operatie. Tijdens labyrintische resectie of translabyrintische vestibulaire schwannoomresectie worden de weefsels van het binnenoor opzettelijk opgeofferd. Utrikels die zijn geoogst van patiënten tijdens translabyrintische vestibulaire schwannoomresectie zijn gebruikt om de vestibulaire haarcelmorfologiete karakteriseren 6,7,8 en de regeneratie van haarcellen te bestuderen 9,10. Meer recentelijk zijn er technieken ontwikkeld om binnenoororganen van orgaandonoren te oogsten met behulp van een transcanale benadering die kan worden gebruikt om de utrikel en mogelijk andere vestibulaire eindorganen te verwijderen door een verbreed ovaal venster met minimaal weefseltrauma11,12. Met behulp van deze techniek is het mogelijk geweest om eencellige transcriptomische profielen voor de menselijke utrikel te karakteriseren13. Deze technieken stellen de organen van het binnenoor echter bloot aan niet-fysiologische omstandigheden tijdens de oogst. In het bijzonder kunnen de organen van het binnenoor worden blootgesteld aan de afwezigheid van perilymfevocht en onderdompeling in normale irrigatie met zoutoplossing, die een wezenlijk andere ionensamenstelling heeft dan perilymfevloeistof. Verder is het uitgedroogde vliezige labyrint moeilijk te visualiseren, zelfs met maximale vergroting van de operatiemicroscoop, wat atraumatische chirurgische dissectie uitdagend maakt. Mechanisch trauma kan het weefsel verder beschadigen, en onze anekdotische ervaring suggereert dat chirurgisch weefsel vaak van onvoldoende kwaliteit immunokleuring is als gevolg van mechanische schade en cellulaire degeneratie. Er is behoefte aan nieuwe technieken om atraumatisch menselijk binnenoorweefsel te oogsten voor biologische studies die slecht begrepen aandoeningen van het menselijk binnenoor kunnen ophelderen. Hier beschrijven we een onderwatertechniek voor het oogsten van menselijke vestibulaire eindorganen onder meer fysiologische omstandigheden tijdens labyrinthectomie en hun analyse met behulp van immunokleuring.
Dit protocol is ontwikkeld met de goedkeuring van de institutionele beoordelingsraad (IRB) van de Johns Hopkins University School of Medicine (IRB00203441) en volgens het institutionele beleid voor het gebruik van menselijk weefsel en mogelijk infectieus materiaal. Weefselverzameling werd uitgevoerd tijdens labyrinthectomie, die deel uitmaakt van de standaard klinische zorg voor de recalcitrante ziekte van Ménière met druppelaanvallen.
1. Labyrinthectomie en weefseloogst
2. Immunohistochemie en beeldvorming
Met behulp van deze techniek werden de ampullen van de menselijke utrikel en het laterale en superieure kanaal intact geoogst met minimaal trauma (Figuur 2). Zoals te zien is in figuur 2, kunnen de ampullen worden geoogst met een aanzienlijk deel van de vliezige buis. Immunofluorescerende labeling met anti-tenascine-C (extracellulair matrixeiwit) en anti-oncomoduline (klein calciumbindend eiwit van de parvalbumine-eiwitfamilie) toonde intacte type 1 vestibulaire haarcellen (Figuur 3). De dichtheid van haarcellen was 82 per 10.000 μm2. Deze resultaten tonen het nut aan van deze techniek voor het oogsten van menselijk binnenoorweefsel met minimaal trauma aan het neuro-epitheel.

Figuur 1: Illustratie van de chirurgische opstelling. Illustratie van de chirurgische opstelling: De linker mastoïdholte is weergegeven met de laterale, superieure en achterste halfcirkelvormige kanalen. De mastoïdholte wordt ondergedompeld in een uitgebalanceerde zoutoplossing en een endoscoop van nul graden wordt gebruikt om de mastoïdholte te visualiseren, terwijl een diamantboor wordt gebruikt om het labyrint te openen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 2: Membraneus labyrint. De geoogste (A) menselijke utrikel- en laterale en (B) superieure kanaalampullen onder een lichte stereomicroscoop met een vergroting van 5x. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 3: Utrikel. Projecties met maximale intensiteit van immunofluorescerende labeling van de menselijke utrikel bij een vergroting van 40x, genomen met een confocale microscoop. Calyx synaptische spleten zijn gelabeld met anti-tenascine-C antilichamen (groen). Type 1 vestibulaire cellen worden gekleurd met anti-oncomoduline (rood). Schaal balk: 50 μm. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Dit artikel beschrijft een nieuwe techniek voor het onder water oogsten van vestibulaire eindorganen in BSS met behulp van endoscopen en hun analyse met behulp van immunofluorescerende beeldvorming. Hier demonstreren we de oogst van intacte vestibulaire eindorganen met intacte vestibulaire haarcellen en voldoende weefselkwaliteit voor succesvolle immunolabeling. De dichtheid van haarcellen in ons exemplaar was vergelijkbaar met die verkregen in andere onderzoeken van levende orgaandonoren13. Voor zover wij weten, is dit het eerste rapport van een onderwatertechniek voor het oogsten van vestibulaire eindorganen die het mogelijk maakt om bijna-fysiologische omstandigheden in stand te houden. Dit was een aanpassing van een onderwatertechniek voor superieur halfcirkelvormig herstel van kanaaldehiscentie die BSS gebruikt om fysiologische omstandigheden te handhaven terwijl het labyrint wordt geopend voor het afsluiten van14,15.
Dit werk bouwt voort op eerdere technieken die zijn ontwikkeld om vestibulaire organen te oogsten tijdens labyrinthectomie of vestibulair schwannoom-resectie 6,7,8 en van levende orgaandonoren11,12. De onderwatertechniek is gemakkelijk aan te passen aan vestibulaire schwannoomresectie, waarbij het labyrint op dezelfde manier wordt geopend na een mastoïdectomie. De oogst van vestibulaire eindorganen van levende orgaandonoren is op beperkte basis en via een transkanale benadering uitgevoerd12. Deze transcanale benadering is gebaseerd op het verwijderen van het trommelvlies en de gehoorbeentjes en het verbreden van het ovale venster vóór het oogsten van vestibulaire eindorganen. Weefseloogst van levende orgaandonoren vereist gelijktijdig werken met het transplantatiechirurgieteam in een beperkte ruimte die wordt gedeeld met anesthesie aan het hoofdeinde van het bed van de patiënt. Het is onwaarschijnlijk dat de hier gepresenteerde techniek kan worden aangepast aan de tijd- en ruimtebeperkingen van vestibulaire eindorgaanoogst tijdens levende orgaandonatie. Deze techniek biedt echter het voordeel dat de ampullen van de halfronde kanalen gemakkelijk kunnen worden blootgelegd en geoogst, wat moeilijk uit te voeren zou zijn door het ovale venster.
De studie van menselijk binnenoorweefsel zal van cruciaal belang zijn voor het ophelderen van de pathofysiologie van aandoeningen van het binnenoor, waarvan er vele idiopathisch blijven. De ziekte van Ménière wordt bijvoorbeeld vaak aangetroffen in otologische klinieken, maar de etiologie ervan blijft onbekend en er zijn geen bewezen behandelingsopties16,17. Technieken zoals ruimtelijke transcriptomics en immunofluorescerende beeldvorming bieden een opwindende kans om licht te werpen op aandoeningen van het binnenoor en zijn tot nu toe slechts in beperkte mate gebruikt. Methoden om geconserveerde organen van het binnenoor te oogsten, bieden de mogelijkheid om nieuwere moleculaire technieken te gebruiken en kunnen een nuttige aanvulling bieden op standaard TBH. Hoewel de hier beschreven methode alleen is gebruikt voor immunofluorescerende kleuring, denken we dat dit weefsel van voldoende kwaliteit zou zijn voor ruimtelijke transcriptomics.
De belangrijkste beperking van dit protocol is dat het afhankelijk is van direct beschikbaar chirurgisch materiaal. Labyrinthectomie is momenteel een zelden gebruikte behandeling voor de ziekte van Ménière, en zelfs drukke verwijzingscentra kunnen slechts enkele van deze procedures per jaar uitvoeren. Translabyrintische vestibulaire schwannoomresectie wordt vaker uitgevoerd; Deze techniek kan echter tijd toevoegen aan een toch al langdurige procedure. We schatten dat het onderdompelen van de mastoïdholte en het openen van de kanalen onder water ongeveer 30 minuten toevoegt aan de operatie. Verder is er nog geen zij-aan-zij-analyse uitgevoerd waarin de kwaliteit van het weefsel dat met deze techniek is verkregen, wordt vergeleken met de standaard vestibulaire orgaanoogst tijdens labyrinthectomie of vestibulaire schwannoomresectie, aangezien het niet mogelijk is om een dergelijke analyse uit te voeren met weefsel dat van één donor is geoogst. Verder onderzoek is nodig om het effect van omstandigheden tijdens orgaanoogst op de weefselkwaliteit voor microscopie en andere technieken te bepalen.
Samenvattend beschrijven we een nieuwe techniek voor de onderwateroogst van vestibulaire eindorganen tijdens labyrinthectomie en het vermogen om hoogwaardige weefselmonsters op te leveren met geconserveerde vestibulaire haarcellen en neurale contacten. Deze techniek maakt het mogelijk om weefsel te oogsten in een omgeving die zo dicht mogelijk bij normale fysiologische omstandigheden ligt en kan een nuttig hulpmiddel zijn voor het bestuderen van het menselijk binnenoor.
De auteurs hebben niets te onthullen.
We danken Mohamed Lehar voor zijn hulp bij dit project. Dit werk werd ondersteund door het National Institute on Deafness and Other Communication Disorders (U24DC020850).
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 10x Phosphate Buffered Saline Stock | Sigma-Aldrich | P5493 | |
| 32% Paraformaldehyde Stock Solution | ThermoFisher Scientific | 50-980-495 | |
| Alexa Fluor 488 Anti-Rabbit Secondary Antibody | Jackson Immunoresearch | 111545144 | |
| Alexa Fluor 568 Anti-Mouse Secondary Antibody | Jackson Immunoresearch | 115575146 | |
| Alexa Fluor 647 Anti-Goat Secondary Antibody | Jackson Immunoresearch | 705607003 | |
| Balanced Salt Solution | ThermoFisher Scientific | 14040117 | |
| Bovine Serum Albumin | Sigma-Aldrich | 10711454001 | |
| Confocal microscope | Nikon A1 | A1 | |
| Cover glass (18 mm x 18 mm, thickness #1.5 ) | Corning | 2850-18 | |
| Endo-Scrub 2 Lens Cleaning Sheath | Medtronic | IPCES2SYSKIT | |
| Ethylenediaminetetraacetic (EDTA) Acid Solution | Sigma-Aldrich | E8008 | |
| Goat Anti-oncomodulin Antibody | R&D Systems | AF6345 | |
| Hopkins 0 Degree Telescope | Karl Storz | ||
| Mouse Anti-calretinin Antibody | BD Biosciences | 610908 | |
| ProLong Gold antifade reagent | Invitrogen | P10144 | |
| Rabbit Anti-tenascin C Antibody | Millipore | AB19013 | |
| Triton X-100 | Sigma-Aldrich | 9036-19-5 |