В данной статье мы описываем методику забора вестибулярных конечных органов человека в физиологических условиях во время лабиринтэктомии и их анализ с помощью иммуноокрашивания.
Методическая статья
В данной статье мы описываем методику забора вестибулярных конечных органов человека в физиологических условиях во время лабиринтэктомии и их анализ с помощью иммуноокрашивания.
Живое внутреннее ухо человека сложно изучить, потому что оно заключено в плотную глазную капсульную кость, которая ограничивает доступ к биологической ткани. Традиционные методы гистопатологии височной кости основаны на длительных и дорогостоящих протоколах декальцинации, которые занимают 9-10 месяцев и сокращают количество видов анализа тканей, возможных из-за деградации РНК. Существует острая необходимость в разработке методов доступа к свежим тканям внутреннего уха человека, чтобы лучше понять отологические заболевания, такие как болезнь Меньера, на клеточном и молекулярном уровне. В данной статье описана методика забора вестибулярных конечных органов человека у живого донора в физиологических условиях. Пациенту с болезнью Меньера и «приступами падений», которые были рефрактерны к внутритимпанальной инъекции гентамицина, была выполнена лабиринтэктомия. Сначала была выполнена традиционная мастоидэктомия, в ходе которой были определены горизонтальные и верхние полукружные каналы (ПКК). Сосцевидная полость была заполнена сбалансированным солевым раствором, чтобы лабиринт мог быть открыт в более физиологических условиях для сохранения клеточной целостности. Для визуализации погруженной сосцевидной полости использовали эндоскоп нулевого градуса с системой орошения оболочки для очистки линз, а для скелетирования и вскрытия горизонтального и верхнего ПКК с последующим преддверием был использован алмазный жернов толщиной 2 мм. Были собраны ампулы и часть протоков канала для верхнего и бокового ПКК. Утрикулу собирали аналогичным образом. Собранную ткань немедленно помещали в ледяной буфер, а затем фиксировали в течение одного часа в 4% параформальдегиде в фосфатно-солевом буфере (PBS). Салфетку несколько раз промывали в 1x PBS и хранили в течение 48 ч при 4 °C. Образцы тканей подвергали иммуноокрашиванию комбинацией первичных антител против тенасцина-С (Calyx), онкомодулина (стреолярные волосковые клетки), кальретинина (Calyx и волосковые клетки II типа), синаптического везикулярного белка 2 (эфферентные волокна и бутоны), β-тубулина 1 (Calyx и афферентные бутоны) с последующей инкубацией с флуорофор-конъюгированными вторичными антителами. Затем образцы тканей промывали и устанавливали для конфокального микроскопического исследования. Изображения показали наличие ампулярных и макулярных волосковых клеток и нервных структур. Этот протокол демонстрирует, что можно получить неповрежденную, высококачественную ткань внутреннего уха человека от живых доноров и может стать важным инструментом для изучения отологических заболеваний.
Живое внутреннее ухо человека сложно изучить из-за его расположения в плотной глазной капсуле височной кости. Следовательно, доступ к внутренним тканям человека был ограничен, и исследователи в основном полагались на посмертный забор тканей. Посмертная гистопатология височной кости (ТГК) уже более 100 лет является важнейшим инструментом для понимания отологических заболеваний человека 1,2,3. Ткань для ТГБ подготавливается путем посмертного забора височной кости, длительного (9-10 месяцев) процесса декальцинации и подготовки тканей с последующим окрашиванием гематоксилином и эозином. В то время как TBH останется важным инструментом для получения новой информации о здоровом и больном внутреннем ухе человека, длительное время вскрытия и длительные и жесткие методы обработки тканей ограничивают его полезность для определенных целей, что требует дополнительных методов изучения тканей внутреннего уха человека. Магнитно-резонансная томография с высоким разрешением позволяет визуализировать органы внутреннего уха, но не обладает достаточным разрешением для просмотра структур на клеточном или молекулярном уровне 4,5. Из-за этих проблем многие заболевания внутреннего уха человека остаются малоизученными.
Альтернативным подходом является забор тканей внутреннего уха во время операции. Во время лабиринтэктомии или транслабиринтной вестибулярной резекции шваннома ткани внутреннего уха намеренно приносятся в жертву. Утрикулы, собранные у пациентов во время транслабиринтной вестибулярной резекции шванномы, были использованы для характеристики морфологии вестибулярных волосковых клеток 6,7,8 и изучения регенерации волосковых клеток 9,10. В последнее время были разработаны методы забора органов внутреннего уха у доноров органов с использованием трансканального подхода, который может быть использован для удаления утрикулы и, возможно, других вестибулярных конечных органов через расширенное овальное окно с минимальной травматизацией тканей11,12. Используя эту методику, стало возможным охарактеризовать транскриптомные профили одиночных клеток для человеческого утрикулы13. Тем не менее, эти методы подвергают органы внутреннего уха воздействию нефизиологических условий во время сбора урожая. В частности, органы внутреннего уха могут подвергаться отсутствию перилимфатической жидкости и погружению в воду при обычном орошении солевым раствором, который имеет ионный состав, существенно отличающийся от перилимфатической жидкости. Кроме того, обезвоженный мембранный лабиринт трудно визуализировать, даже при максимальном увеличении операционного микроскопа, что затрудняет атравматичное хирургическое рассечение. Механическая травма может еще больше повредить ткани, и наш анекдотический опыт показывает, что хирургическая ткань часто имеет недостаточное качество иммуноокрашивания из-за механического повреждения и клеточной дегенерации. Существует потребность в новых методах атравматичного забора тканей внутреннего уха человека для биологических исследований, которые могут пролить свет на плохо изученные заболевания внутреннего уха человека. Здесь мы опишем подводную технику забора вестибулярных конечных органов человека в более физиологических условиях во время лабиринтэктомии и их анализ с помощью иммуноокрашивания.
Этот протокол был разработан с одобрения институционального наблюдательного совета (IRB) Медицинской школы Университета Джонса Хопкинса (IRB00203441) и в соответствии с институциональной политикой использования человеческих тканей и потенциально инфекционного материала. Забор тканей проводился во время лабиринтэктомии, которая является частью стандартной клинической помощи при стойкой болезни Меньера с приступами падения.
1. Лабиринтэктомия и забор тканей
2. Иммуногистохимия и визуализация
С помощью этой техники утрикулы человека, а также ампулы латерального и верхнего канала были собраны неповрежденными с минимальной травматизацией (рис. 2). Как видно на рисунке 2, ампулы можно собирать со значительной частью пленчатого протока. Иммунофлуоресцентное мечение анти-тенасцином-С (белок внеклеточного матрикса) и антионкомодулином (малый кальций-связывающий белок семейства белков парвальбумина) показало интактные вестибулярные волосковые клетки 1-го типа (рис. 3). Плотность волосковых клеток составила 82 на 10 000мкм2. Эти результаты демонстрируют полезность данного метода для забора тканей внутреннего уха человека с минимальной травматизацией нейроэпителия.

Рисунок 1: Иллюстрация хирургической установки. Иллюстрация хирургической установки: левая сосцевидная полость показана с латеральным, верхним и задним полукружными каналами. Сосцевидная полость погружается в сбалансированный солевой раствор, и для визуализации сосцевидной полости используется эндоскоп нулевого градуса, а для открытия лабиринта используется алмазное сверло. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 2: Пленчатый лабиринт. Забор (А) человеческого утрикула и боковых ампул и (В) верхнего канала под световым стереомикроскопом при 5-кратном увеличении. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 3: Утрикула. Проекции максимальной интенсивности иммунофлуоресцентного мечения человеческого сосуда при 40-кратном увеличении, полученные с помощью конфокального микроскопа. Синаптические щели чашечки помечены антителами против тенасцина-С (зеленого цвета). Вестибулярные клетки 1 типа окрашиваются антионкомодулином (красным цветом). Масштабная линейка: 50 μм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
В данной работе описана новая методика подводного забора вестибулярных конечных органов при БСС с использованием эндоскопов и их анализа с помощью иммунофлуоресцентной визуализации. Здесь мы демонстрируем сбор интактных вестибулярных конечных органов с интактными вестибулярными волосковыми клетками и достаточным качеством тканей для успешного иммуномечения. Плотность волосковых клеток в нашем образце была аналогична полученной в других исследованиях от живых доноров органов13. Насколько нам известно, это первое сообщение о подводной технике извлечения вестибулярных органов-мишеней, которая позволяет поддерживать близкие к физиологическим условиям. Это была адаптация подводной техники для восстановления верхнего полукружного канала, которая использует BSS для поддержания физиологических условий, в то время как лабиринт открыт для закупорки 14,15.
Эта работа расширяет предыдущие методы, разработанные для забора вестибулярных органов во время лабиринтектомии илирезекции вестибулярной шванномы6,7,8 и от живых доноров органов 11,12. Подводная техника легко адаптируется к вестибулярной резекции шванномы, во время которой лабиринт также вскрывается после мастоидэктомии. Забор вестибулярных конечных органов у живых доноров органов проводился в ограниченном объеме и с помощью трансканального подхода12. Этот трансканальный подход основан на удалении барабанной перепонки и косточек и расширении овального окна перед забором вестибулярного конечного органа. Забор тканей у живых доноров органов требует одновременной работы с бригадой хирургов по трансплантации в ограниченном пространстве, которое используется совместно с анестезией в изголовье кровати пациента. Маловероятно, что представленная здесь методика будет адаптирована к временным и пространственным ограничениям извлечения вестибулярного конечного органа во время донорства живых органов. Тем не менее, этот метод имеет преимущество в том, что он позволяет легко обнажить и собрать ампулы полукруглых каналов, что было бы трудно сделать через овальное окно.
Изучение тканей внутреннего уха человека будет иметь решающее значение для выяснения патофизиологии заболеваний внутреннего уха, многие из которых остаются идиопатическими. Например, болезнь Меньера часто встречается в отологических клиниках, но ее этиология остается неизвестной, а доказанных вариантов лечения нет16,17. Такие методы, как пространственная транскриптомика и иммунофлуоресцентная визуализация, дают прекрасную возможность пролить свет на заболевание внутреннего уха и до сих пор использовались лишь в ограниченном объеме. Методы забора сохраненных органов внутреннего уха дают возможность использовать новые молекулярные методы и могут стать полезным дополнением к стандартному TBH. Хотя описанный здесь метод использовался только для иммунофлуоресцентного окрашивания, мы считаем, что эта ткань будет иметь достаточное качество для пространственной транскриптомики.
Основным ограничением этого протокола является то, что он опирается на легкодоступный хирургический материал. Лабиринтектомия в настоящее время является нечасто используемым методом лечения болезни Меньера, и даже загруженные специализированные центры могут проводить только несколько таких процедур в год. Чаще проводится транслабиринтная резекция вестибулярной шванномы; Тем не менее, эта техника может добавить времени к и без того длительной процедуре. По нашим оценкам, погружение сосцевидной полости и открытие каналов под водой добавляют около 30 минут к операции. Кроме того, до сих пор не проводился параллельный анализ, сравнивающий качество ткани, полученной с помощью этой методики, со стандартным забором вестибулярного органа при лабиринтехии или вестибулярной резекции, так как невозможно провести такой анализ с тканью, собранной у одного донора. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы определить влияние условий во время забора органов на качество тканей для микроскопии и других методов.
Подводя итоги, мы описываем новую методику подводного забора вестибулярных конечных органов во время лабиринтэктомии и ее способность получать высококачественные образцы тканей с сохраненными вестибулярными волосковыми клетками и нейронными контактами. Этот метод позволяет собирать ткани в среде, максимально приближенной к нормальным физиологическим условиям, и может стать полезным инструментом для изучения внутреннего уха человека.
Авторам нечего раскрывать.
Мы благодарим Мохамеда Лехара за помощь в реализации этого проекта. Эта работа была поддержана Национальным институтом глухоты и других коммуникативных расстройств (U24DC020850).
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 10x Фосфатный буферный физиологический раствор | Sigma-Aldrich | P5493 | |
| 32% параформальдегидный стоковый раствор | ThermoFisher Scientific | 50-980-495 | |
| Alexa Fluor 488 Вторичное антитело против кролика | Jackson Immunoresearch | 111545144 | |
| Alexa Fluor 568 Вторичное антитело против мыши | Jackson Immunoresearch | 115575146 | |
| Alexa Fluor 647 Anti-Goat Вторичное антитело | Jackson Immunoresearch | 705607003 | |
| Сбалансированный раствор соли | ThermoFisher Scientific | 14040117 | |
| Сыворотка крупного рогатого скота Альбумин | Sigma-Aldrich | 10711454001 | |
| конфокальный микроскоп | Nikon A1 | A1 | |
| Покровное стекло (18 мм x 18 мм, толщина #1.5 ) | Corning | 2850-18 | |
| Эндо-скраб 2 Оболочка для чистки линз | Medtronic | IPCES2SYSKIT | |
| раствор этилендиамитетрауксусной (ЭДТА) кислоты | Sigma-Aldrich | E8008 | |
| Антитела к онкомодулину козы | R& D Systems | AF6345 | |
| Телескоп Хопкинса 0 градусов | Storz | ||
| Мышиный антикальретинин | антитела BD Biosciences | 610908 | |
| ProLong Gold антифейдящий реагент | Invitrogen | P10144 | |
| Кролик против тенасцина C антитела | Millipore | AB19013 | |
| Triton X-100 | Sigma-Aldrich | 9036-19-5 |