Улитковый имплантат хирургии и записи ответ электрически вызывали слуховой мозга мышей C57BL/6

Кохлеарных имплантатов (СНГ) являются электронными устройствами, которые могут обеспечить чувство слуха для людей с тяжелой и глубокой потерей слуха. Он использует электроды, хирургически имплантированных в улитки внутреннего уха прямо стимулирует слуховой нерв. На сегодняшний день, CI является наиболее успешных сенсорные протеза и помогла более чем 600 000 человек во всем мире¹. Однако устройство имеет недостатки. Во-первых льготы, предоставляемые устройства различаются среди получателей. Во-вторых речи в шумных условиях и музыки до сих пор плохо воспринимаются большинством пользователей CI.

На протяжении многих лет были использованы Животные модели лучше понять эти вопросы в CI исследований и постоянно улучшать безопасность и эффективность устройств. Модели дали ценную информацию о нескольких явлений, таких как пластиковые изменения в мозге происходят после имплантации CI², эффект применения генной терапии для сохранения остаточного слуха³и биофизические свойства электрически стимулирует слуховой нерв⁴, среди многих других примеров.

Мышей являются мощной модели организма из-за большого доступность генетических моделей глухоты. Другие преимущества включают возможность манипулировать геном мыши (например, через систему ТРИФОСФАТЫ-Cas), возможность использовать передовые методы для изучения механизмов, особенно в мозг, уровень высоких репродукций, быстрое развитие визуализации и легко, разведение и обработки. Основные технические проблемы в выполнении операций CI в мышей являются небольшой размер улитки и наличие большой stapedial артерии (SA). SA обычно исчезает во время эмбрионального развития человека, но сохраняется на протяжении всей жизни в ряде грызунов, в том числе мышей, крыс и песчанок. SA работает ниже круглое окно нишу, которая затрудняет доступ к улитки и увеличивает риск хирургического.

Предыдущие исследования показали возможность имплантации CI в мышей^5,6,7. Ирвинг et al. продемонстрировали, что хронический intracochlear электрической стимуляции может быть достигнуто на срок до одного месяца. Острый стимуляции также была исполнена, но записи не были представлены. Они показали, что прижигание stapedial артерии не оказало существенного влияния на Порог слышимости или количество нейронов ганглия спираль и актуальным применение аминогликозидов неомицин, ототоксических наркотиков, был оглушительным эффективной процедуры в ⁵мышей. СОКЕН et al. описано изменение спинной подход к мыши улитки через круглое окно лучше сохранить слух статус⁶. После вставки провода платины иридий значительного остаточного слуха наблюдалось увеличение аудитории мозга ответ порог (ABR) 28 дБ. Otoacoustic выбросы (ОАЭ) были потеряны в животных с большими ABR порог смены⁶. Мистри et al. тестирование функциональные и гистопатологические эффекты имплантация при отсутствии электрической стимуляции⁷. Даже несмотря на то, что слух был сохранен в 3 и 6 месяцев old имплантированных мышей на низких частотах, имплантации привело фиброз как ткани вокруг имплантата и osteoneogenesis вокруг bullostomy⁷.

Короче говоря из трех исследований по СНГ в мышей, только один демонстрирует функциональные запись CI стимуляции. Ирвинг и коллеги выполнены оба острых и хронических eABR записей, но только показали данные от хронической стимуляции CI⁵. Однако хронический модель с полностью Имплантируемые устройства разработаны, Ирвинг et al. является технически сложным. Это еще не известно, если острый CI стимуляции, менее сложной и быстрее, можно достичь аналогичных результатов.

Люди с тяжелой и глубокой потерей слуха, которые больше не выгоду от слуховых аппаратов используются СНГ. Животные модели для CI пользователей должен поэтому включать оглушительный процедура обычно услышав что животные используются. Еще одна причина, чтобы оглушить животных слуха является электрическая стимуляция глухих и слуха улитки производит различные нейронных ответов^{4,8,9,10,11, 12}. Электрическая стимуляция глухих улитки непосредственно активирует волокон слухового нерва и создает electroneural ответ (α). Он характеризуется короткой задержки и небольшой динамический диапазон в периферии^8,10. С другой стороны электрической стимуляции слушания улитки также возбуждает клетки волос в ответ electrophonic (β), которая характеризуется больше задержки и больше динамический диапазон^4,11. Ответ electrophonic приписывается нормальной возбуждения в нервных волокон, внутренние клетки волос, электрически индуцированных сокращение внешних волосковых клеток и поколения путешествия волны⁴. Electroneural и electrophonic ответы также привести два деятельности различных структур в центральной нервной системы⁹. Сато et al. записал нейронов мозга CI имплантированных морской свинки, до и после оглушительный с неомицин, который устраняет electrophonic вклад. Они показали, что наклон-уровня функции был круче и стрельбы ставки в состояние оглушен выше по сравнению с слушания условие⁹. Таким образом в зависимости от исследования вопрос заявил, важно рассмотреть вопрос о включении оглушительный отдельных electrophonic и electroneural ответы на электрическая стимуляция слухового нерва.

Здесь мы описываем процедуры для острой оглушительный и кохлеарной имплантации массива электродов в мыши, а также функциональная запись intracochlear электростимуляция с электрически вызывали слуховой мозга ответ (eABR).

Все процедуры были проведены согласно Базельского университета, Швейцария, Уход за животными и руководящие принципы. Они были лицензированы управлением ветеринарных кантона Базель, Швейцария.

Примечание: Взрослых мышей C57Bl/6, в возрасте 8-12 недель (вес 20-30 г), были использованы в этом исследовании.
Левое ухо используется в качестве экспериментальной уха. Правое ухо служит элемент внутри животных и не изменен хирургическим путем.

1. предоперационная процедуры

1. Обезболивают животных 30 мин до операции через инъекции внутри брюшной полости (и.п.) кетамина/Ксилазина (80 мг/кг кетамин, Ксилазина 16 мг/кг, и.п., объем, вводят в 10 мкл/г веса тела).
   1. Дополнить анестезии при необходимости, как судить положительных педаль и глазной рефлекс (мыс пинча) и движения усов, с низкой дозы кетамина (45 мг/кг, и.п., вводится в 10 мкл/г веса тела). Агенты и доза режимов может быть заменен на институциональных руководящих принципов.
      Примечания: В общем, животное понадобится инъекции каждые 45-60 мин с этим режимом агент и дозы. Среднее время от первоначального разреза к закрытию вокруг массива имплантированных электродов обычно составляет 1-1,5 часа.
2. Проверка для полного успокоения животного, отмечен регулярного дыхания ставки и отсутствие мыс щепотка рефлексов. Поддерживать этот уровень анестезии.
3. Поддерживать температуру тела животного на 36,6 ° C с замкнутой грелку. Примените Глазную мазь, чтобы избежать обезвоживания роговицы. Это также будет подавлять животного мигать рефлекс, который можно добавить шум по перекодирования.
4. Управление местным обезболивающим через подкожные инъекции (с.к.) бупивакаин/лидокаина (бупивакаин 0,1 мг/мл и 0,4 мг/мл лидокаина, 0,1 мл ведении s.c.) вдоль линии предполагаемого разреза, чтобы свести к минимуму дискомфорт хирургического. Агенты и доза режимов может быть заменен на институциональных руководящих принципов.
5. Администрировать антагонистом мускариновых атропина (atropinesulfate аминокислот, 0.1 мг/мл, 20 мкл ведении s.c., растворенного в PBS) в шею уменьшить выделение слизи и облегчения дыхания. Агенты и доза режимов может быть заменен на институциональных руководящих принципов.

2. предварительно оглушительный акустическая слухового ответа ствола мозга (слуховой)

Примечание: слуховой используется для измерения хода слушаний до и после оглушительным. Испытания проводятся на левом ухе и звукоизолированные электрически экранированные кабины. Мы рекомендуем протестировать и позднее имплантата левого уха для правша. Более подробная информация о ABR мышей можно найти в^13,14. Такер Дэвис технологий (TDT) аппаратного и программного обеспечения (BioSig) используются для записи ABR, но другие системы могут быть использованы.

1. Блокировать контралатеральной уха (справа) с акустической пены изоляции ABR ответ от ипсилатеральные уха (слева). Пена в 1 мл шприц и вставляют его правый канал уха мыши, чтобы покрыть весь канал уха с пеной (0,1 – 0,2 мл пены). Убедитесь шприц уплотнения тесно в ухо так, чтобы пена получает всю дорогу в ушной канал.
2. Место спикера 10 см от левого уха.
   Примечание: Динамик для этой установки был откалиброван с помощью микрофона ПХД, как описано в refefence¹⁵.
3. Очистите электроды ABR с 70% этанола раствор. Место электродов под кожу: активный (Ch1) на вершины, ссылка ниже Пинна ипсилатеральные уха (-) и в задних ног (рис. 1).
4. Подключите к слуховой процессор через порт волоконно головы стадии и предварительный усилитель.
5. Проверьте сопротивление активной и электрод сравнения.
   1. Если импеданс свыше 3 ом, упорядочить их и заново произвести измерение. Лучшие записи получаются, когда электроды имеют же сопротивление. Закройте-звукоизоляционные стенд.
6. Настоящее время нажмите стимуляции и записывать ABR в условиях свободного поля с сложной аудитории процессор и программное обеспечение. Стандартизировать нажмите раздражитель в программном обеспечении: 0,1 мс монофазными одноканальном клики представлены 21 Гц; Щелкните уровень уменьшается от 90 дБ в радиусе до 10 дБ SPL в 10 дБ; 10 мс, записи окна. Средняя в общей сложности 512 ответов на каждом уровне dB.
7. Примените фильтр нижних частот 2000 Гц и фильтр фильтр 300 Гц автономной уменьшить шум в записи, с помощью сценария на заказ Matlab.
8. Определите порог ABR, как низкий уровень дБ с узнаваемым ответ волны ABR (рис. 2, рис. 3).

3. хирургия

Примечание: Типичные инструменты, используемые включают ножниц, скальпель, пара металлические щипцы с прямыми или изогнутыми советы, ткани втягивающего инструмент, несколько всасывания дольками и рассасывающиеся бумажным штифтом. Операция проводится на левом ухе.

1. Поместите указатель мыши на его правой стороне. Избегайте ненужных крутильных стресса на шейных позвонков. Убедитесь в том держать тело прямо к держать дыхательные пути открытыми.
2. Вырезать мех за левым ухом с ножницами (или остричь ее с бритвы) подвергать кожу. Стерилизуйте кожи с 70% этанола раствор и Бетадин (повидон/йода).
3. Под микроскопическим увеличением (16 x) сделайте пост аурикулярных разрез 1 – 1,5 см с скальпель.
4. Переключиться на микроскопические увеличение (25 x).
5. Выполните тупым рассечение через подкожный жировой слой, который может быть различной толщины, с щипцами.
   Примечание: Будьте осторожны, когда вскрывали как внешние яремной пересекает этой области. Повреждение к этой структуре может вызвать чрезмерное кровотечение.
6. Убрать ключично мышцы, чтобы раскрыть барабанные буллы надкостницы. Используйте лицевого нерва как ключевой анатомические ориентир для помощи идентификации слуховой буллы. Лицевого нерва обертывания вокруг задней/дорсальном крае ключично мышцы и рострально проходит вдоль канала уха к Пинна. Осторожно поместите средство самостоятельного сохранения втягивающего устройства в разрез для облегчения доступа к буллы (рис. 4).
7. Удаление ткани вышележащих Медио спинной области буллы разрешить четкой визуализации хребта между Булла и сосцевидного отростка.
8. Осторожно поверните иглой 30 G для прокалывания буллы и сделать отверстие (bullostomy) на задней Улучшенный стороне хребта (кость тоньше на этой стороне). В качестве альтернативы используйте Стоматологические хирургические сверла.
   Примечание: Этот и следующие шаги можно сделать с даже микроскопические увеличение (40 x), если предпочтительнее. Кроме того измените положение микроскопа при необходимости. Это важно для максимизации хирургические представление пространства среднего уха.
9. Расширьте bullostomy, щипать малых костей куски с помощью тонкой наконечником щипцы подвергать полость среднего уха. Расширение bullostomy дорсально к сосцевидного отростка до круглое окно ниша подальше от вышележащих кости. Stapedial артерии, филиал внутренней сонной артерии, проходит вентральной нишу круглое окно.
   1. Будьте осторожны, чтобы не повредить судно как чрезмерное кровотечение может быть фатальным. Небольшое кровотечение может быть остановлена нажатием небольшой кусок сотрудничестве в полость внутреннего уха.
   2. Расширение bullostomy к направлению передней превосходный для визуализации стремени, костей среднего уха, подключенных к овальное окно.
10. Удаление стремени пинцетом подвергать овальное окно.

4. круглое окно применение ототоксических агента

1. Аккуратно перфорировать круглые окна и овал мембраны, притупляются иглой 30 G. Проверьте что перилимфе иссякнут.
2. Медленно perfuse 0,05% вес/объем неомицин, растворенных в PBS (скорректирована с рН 7,4) через овальное окно. Жидкость должна флеш из круглое окно. Повторите ту же процедуру на круглое окно. Будьте осторожны, чтобы не повредить окна костных структур с иглой для perfuse.
3. Место небольшой кусок (1 мм²) сотрудничестве пропитанной неомицин в течение раунда окна и овал нишу.
4. Удалите средство втягивающего, закрыть разрез и подождите 30 минут.

5. После оглушительный акустическая ABR

1. Запись слуховой подобным образом до оглушительный (шаги 2,2 до 2,8) (Рисунок 2Б, рис. 3).

6. Включение CI электрода массива

Примечание: Intracochlear электрод массив состоит из четырех полос платины (Ø0.2 мм) с Платина/радужки парилена изолированные провода, экранированный в силиконовой трубки (рис. 5).

1. Поместите инструмент втягивающего устройства в разрез для повторного доступа к буллы.
2. Вставьте массив электрода в круглое окно (Скала литавры) на глубине где 4^й Платиновый Кольцо расположен только внутри круглое окно. Это дает вставки глубина ~ 2, соответствует позиции intracochlear в ~ 30 кГц¹⁶мм.
3. Катушка свинца проволоки внутри буллы и приклейте провода к ткани выше буллы. Намотка проволоки помогает сохранить массив на месте на протяжении всего эксперимента.
4. Осторожно удалите втягивающего устройства и закройте вставки с клеем ткани.
5. Сделать небольшой надрез (0.5 мм) в шею перпендикулярно линии между где активные и электроды ABR ссылка будет использовать ткань ножницами. Место Платиновый земли мяч в подкожной карман и закрыть небольшой разрез с клея ткани (рис. 6).
6. Подключите Совет массив электрода к платформе стимулятор животных.

7. электрические слухового ответа мозга (eABR)

Примечание: Животное стимулятор платформы (ASP) используется для электрически стимулировать массив электрода. Могут использоваться другие источники тока и программных систем.

1. Место ABR электроды как раньше (шаги 2.3 до 2.5) (рис. 6).
2. Откройте ASP программного обеспечения и определить электроимпульсной стимуляции парадигмы. Мы используем заряда сбалансированный двухфазные импульсы с 50 μs/фаза и 10 мкс межфазное разрыв, представлены на 23,3 импульсов в секунду (pps). Электрическая стимуляция поставляется в конфигурации монополярный электрод с увеличением текущие уровни. В общей сложности 400 ответов в среднем на каждом текущем уровне.
3. Настоящее время поезда электрического импульса и записать ответ вызвал eABR непрерывно через TDT headstage, предварительный усилитель и слуховой процессор.
4. Сюжет и анализировать данные eABR через заказные matlab скрипт (рис. 7). Сценарий и пример записи предоставляются в дополнительного механизма.

8. конец эксперимента

1. В конце эксперимента усыпить животных согласно институциональных руководящих принципов.
2. Осторожно открыть разрез и удалить имплантат.
3. Ультра sonicate электрод массив в дистиллированной воде 10 мин для удаления мусора ткани.
   Примечание: Имплантат может быть использован несколько раз, если электроды нетронутыми и должным образом проведение. Чтобы проверить это, измерьте сопротивление электродов с мультиметром, когда массив сухой.
4. Храните в сухом месте массив электрода.

Целью данного исследования было описать надежная модель для острой CI стимуляции в оглушен мыши. Пред- и послеоперационные слуха порогов служил функциональной индикация оглушительный процедуры. Актуальным применение 0,05% неомицина в окне овальной и круглой значительно увеличились 46 дБ ± 6 порогов нажмите вызывали слуха (предварительно против пост неомицин: 30,0 дБ ± 3,8 против 75,7 дБ ± 3.7, p = 0.0003, паре t теста, n = 7) (рис. 3). Массив размера мыши электрода далее был вставлен в круглое окно (Рисунок 4, рис. 5). Электрические моделирование intracochlear электрода может надежно вырабатывают eABR активность. (Рис. 7). В некоторых случаях, CI стимуляции активируется лицевого нерва и производства высокой амплитуде волны с короткие или длинные задержки (рис. 8A и Рисунок 8B, соответственно). Короткие задержки отклика было характерно быстрое усиление волны IV около 3 МС и может быть прямым ответом лицевого нерва. Длинные задержки отклика появилась около 5-6 мс и скорее всего не слуховой мышц (миогенных) ответ косвенно вызванные лицевого нерва. Лицевого нерва ответы редко сообщается в исследованиях на животных в литературе, но хорошо известных осложнений в человека CI пользователей17,18,19. В Рисунок 8, лицевого нерва стимуляции появилась на относительно средних текущих уровнях (150 – 200 МКА) и в двух различных животных. В других случаях обе реакции может появиться в то же самое животное на очень высокие уровни (не показан). Рекомендуется ограничить текущего уровня до уровня ниже вид лицевого нерва стимуляции.

Рисунок 1: Настройка слухового ответа мозга (ABR). Подкожных электроды расположены на вершины (активный/канал 1 [каналы 1]), за ухом ипсилатеральной (ссылка [Ref]) и задняя нога (Земля [Gnd]) наркотизированных мыши. Электрод сигналы усиливаются и затем Записанная системой TDT. Акустическая и электрическая стимуляция представлены через микрофон и животных стимулятор платформы, соответственно. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 2: представитель слуховой волны нажмите стимуляции от дикого типа мыши до и после оглушительный с 0,05% неомицина. (A) нормальный слух слуховой шаблон характеризуется волны, помечены-V и порог низкий слуха, здесь 30 дБ SPL (стрелка). (B) оглушен слуховой шаблон показывает увеличение слуха порог, здесь 70 дБ SPL (стрелка). Волны имеют больше времени задержки и более временного джиттера. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 3: слуховой порог до и после оглушительным. Применение неомицин значительно увеличился 46 дБ ± 6 слуховой порогов. После предварительной против неомицин: 30,0 дБ ± 3,8 против 75,7 дБ ± 3.7, p = 0.0003, паре t теста, n = 7. Ошибки — стандартная ошибка средств. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 4: хирургия. (A) воздействия на аудиторию буллы. Bullostomy это выполняется (белый пунктирной окружности) вдоль хребта на барабанные буллы (черная пунктирная линия). (B) bullostomy позволяет визуализировать круглые окна, stapedial артерии и овальное окно. Неомицин-нежно промыта первой овальное окно, а затем круглое окно. Массив (C) электрод вставляется до тех пор, пока 4й электрод расположен только внутри ниши круглое окно. Сварочная проволока свернувшись внутри буллы сохранить массива на месте, прежде чем разрез закрыт. CN VII = черепного нерва VII (лицевого нерва), вл = овальное окно, RW = раунд окна, SA = stapedial артерии, SCM = ключично мышц, ТБ = барабанные буллы. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 5: мыши кохлеарного импланта. (A) intracochlear электрод массив состоит из четырех платины полос, расположенных в интервале 0,4 мм с диаметром d: 0 [отзыв] (d = 0,21), 1 (d = 0,23), 2 (d = 0,25), 3 (d = 0,27). Ширина каждого электрода-0,2 мм. Четыре провода платины/Иридиум (90/10) парилена изоляцией защищены в силиконовой трубки. (Б) увеличение массива электрода (красная пунктирная площадь). Массив электрода и Платиновый ведения мяча подключены к печати Совета. Шкалы бар = 1 мм. пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 6: установки электрически вызывали ABR (eABR). CI Платиновый земли мяч (Gnd, красный) помещается в кармане подкожно в шею мыши. Линии между активной (Ch1(+) на вершины) и ссылка (Ref (-) на ипсилатеральной уха) ABR электроды перпендикулярно линии между электродом массив и землю для того, чтобы получить лучший ответ eABR. Электрод eABR Земля (Gnd, черный) помещается в заднюю ногу. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 7: представитель eABR волн для стимуляции CI в оглушен мыши. Двухфазный импульсов представлен электрода #1 в монополярной конфигурации на 23,3 импульсов в секунду (pps) с 400 повторений. Раздражители уровень 0-175 μA показан 25 μA шаги (см. детали стимуляции в шаг 7.2). Римские цифры обозначают eABR волновых чисел. Амплитуды волны и латентность увеличения и уменьшения, соответственно, с увеличением текущего уровня. В этом примере, волна II появились около 1 мс, волна III около 2 мс, волны IV около 3 МС, волна V около 4 мс. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 8: пример лицевого нерва стимуляции. В некоторых случаях CI стимуляции может активировать лицевого нерва и вызывают прямой ответ с короткой задержкой (A) (стрелка) или косвенный ответ с дольше задержка (B) (стрелка). Приведенные примеры являются из двух животных, CI-имплантированные стимулируется с двухфазными импульсов с помощью 0-300 μA 50 μA шагов (см. детали стимуляции в шаг 7.2). Римские цифры обозначают eABR волны чисел. * обозначает отсечения eABR волны благодаря насыщению усилителя. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Без финансовых интересов. Авторы не имеют ничего сообщать.