Summary

Trans-Tympanic narkotika-leveranser for behandling av ototoksisitet

Published: March 16, 2018
doi:

Summary

Vi presenterer en teknikk for lokaliserte administrasjon av medikamenter gjennom trans-tympanic ruten i sneglehuset. Narkotika-leveranser gjennom denne ruten ville ikke forstyrre anti-kreft effekten av cellegifter som cisplatin.

Abstract

Systemisk administrasjonen av beskyttende agenter til å behandle narkotikainduserte ototoksisitet begrenses av muligheten for at disse beskyttende agenter kan forstyrre chemotherapeutic effekten av primære narkotika. Dette gjelder særlig for narkotika cisplatin, handlingene anticancer er svekket av antioksidanter som gir tilstrekkelig beskyttelse mot hørselstap. Andre eksisterende eller potensielle otoprotective agenter kan utgjøre et lignende problem, hvis administrert systemisk. Bruk av ulike biologicals eller beskyttende agenter direkte til sneglehuset ville tillate for høye nivåer av disse agentene lokalt med begrenset systemisk bivirkninger. I denne rapporten viser vi en trans-tympanic metode for levering av ulike legemidler eller biologiske reagenser til sneglehuset, som skal forbedre grunnleggende forskning på cochlea og gir en enkel måte å styre bruken av otoprotective agenter i klinikkene. Denne rapporten viser en metode for trans-tympanic narkotika-leveranser og gir eksempler på hvordan denne teknikken har vært brukt med hell i forsøksdyr for å behandle cisplatin ototoksisitet.

Introduction

Eksterne hørselen er utsøkt sensitive til stoffer som cisplatin og aminoglycoside antibiotika. Cisplatin er en mye brukt chemotherapeutic agent for behandling av en rekke solide svulster, eggstokkreft, testikler og hode og nakke kreft. Ototoksisitet med bruk av dette stoffet er dose-begrensende og ganske vanlig, påvirker 75-100% av pasienter behandlet1. Andre stoffer, som carboplatin og oxaliplatin, har dukket opp som alternativer til cisplatin2,3,4,5, men nytten er begrenset til noen kreftformer.

Studier har vist den kritiske rollen reaktive oksygen arter (ROS) i formidling av ototoksisitet produsert av cisplatin og aminoglycosides. Studier viste at NOX3 isoformen av NADPH oksidase er hovedkilden til ROS i cochlea, og aktiveres ved cisplatin6,7. Generering av ROS kompromisser økt antioksidant bufring kapasitet på cellene, fører til lipid peroxidation mobilnettet membraner8. Videre øker cisplatin produksjonen av hydroksylradikaler som genererer svært giftige aldehyd 4-hydroxynonenal (4-HNE), en initiator celle død9,10. Basert på disse resultatene, har flere antioksidanter blitt undersøkt for behandling av cisplatin ototoksisitet. Disse inkluderer N-acetyl-cystein (NAC), natrium tiosulfat (m), amifostine og D-metionin. Svært viktig antioksidant terapi er imidlertid at disse antioksidantene kan redusere cisplatin chemotherapeutic effekt når det gis systemisk11 til samspillet av cisplatin med thiol grupper i antioksidant molekyler.

I lys av disse problemene med antioksidant terapi var målet med denne studien å undersøke trans-tympanic ruten å levere antioksidanter og andre stoffer til sneglehuset å redusere hørselstap. Trans-tympanic ruten av narkotika og kort konflikt (si) RNA, beskrevet nedenfor, vises særlig lovende.

Protocol

Mannlige Wistar rotter ble håndtert i samsvar med National Institutes of Health dyret bruker retningslinjer og en protokoll som er godkjent av Southern Illinois University skolen av medisin laboratorium Animal Care og bruke komiteen. Auditory hjernestammen svar (ABR) ble utført på rotter mens under anestesi før Rusgiften Administrasjonen og 72 h etter for å kontrollere effekten av trans-tympanic narkotika-leveranser. 1. auditiv hjernestammen svar (ABR) Me…

Representative Results

ABR svar målt i rotter på tre dager etter cisplatin administrasjon viste en betydelig høyde i terskler. Heving av disse grensene ble betydelig redusert i rotter administreres med trans-tympanic [R] – N – phenylisopropyladenosine (R-PIA), adenosin en1 reseptor Agonistiske15, før cisplatin. Spesifisiteten av handlingen av R-PIA adenosin en1 reseptor ble demonstrert av observasjon at det var antagonized av 8-Cyclope…

Discussion

Trans-tympanic administrasjon ruten gir lokaliserte levering av narkotika og andre stoffer til sneglehuset som ellers kunne produsere betydelige systemisk bivirkninger hvis administrert systemisk. Dette stoffet administrasjon tillater rask tilgang av narkotika til området av handlingen ved betydelig høyere doser enn kan oppnås gjennom systemisk ruten. Resultatene presenteres her og publisert tidligere viste at trans-tympanic administrasjon av [R] – N – fenyl isopropyl adenosin (R-PIA) beskyttet snegl…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Arbeidet som er beskrevet i denne artikkelen ble støttet av en NCI RO1 CA166907 NIDCD RO1-DC 002396 og RO3 DC011621.

Materials

Ketathesia (100 mg/ml) 10 ml Henry Schein 56344 Controlled substance 
AnaSed Injection/Xylazine (20 mg/ml) 20 ml Henry Schein 33197
2.5 mm disposable ear specula Welch Allyn 52432
Surgical Scope Zeiss
29 G X 1/2 insulin syringe Fisher Scientific 14-841-32  Can be purchased through other vendors
cis-Diammineplatinum(II) dichloride Sigma Aldrich P4394 TOXIC – wear proper PPE
Harvard 50-7103 Homeothermic Blanket Control Unit Harvard Apparatus Series 863
Excel International 21 G X 3/4 butterfly needle Fisher 14-840-34  Can be purchased through other vendors
BSP Single Speed Syringe Pump Brain Tree Sci, Inc BSP-99
Pulse Sound Measurement System Bruel & Kjaer Pulse 13 software
High-Frequency Module Bruel & Kjaer 3560C
1/8″ Pressure-field Microphone —-Type 4138 Bruel & Kjaer bp2030
High Frequency Transducer Intelligent Hearing System M014600
Opti-Amp Power Transmitter Intelligent Hearing System M013010P
SmartEP ABR System Intelligent Hearing System M011110
Disposable Subdermal EEG Electrodes CareFusion 019-409700
16% Formaldehyde, Methanol-free Fisher Scientific 28908 TOXIC – wear proper PPE 
7 mL Borosilicate Glass Scintillation Vial Fisher Scientific 03-337-26 Can be purchased through other vendors
EDTA Fisher Scientific BP118-500 Can be purchased through other vendors
Sucrose Fisher Scientific S5-500 Can be purchased through other vendors
Tissue Plus OCT Compound Fisher Scientific 4585
CryoMolds (15 mm x 15 mm x 5mm) Fisher Scientific 22-363-553 Can be purchased through other vendors
Microscope Slides (25mm x 75mm) MidSci 1354W Can be purchased through other vendors
Coverslips (22 x 22 x 1) Fisher Scientific 12-542-B Can be purchased through other vendors
Poly-L-Lysine Solution (0.01%) EMD Millipore A-005-C Can be purchased through other vendors
HM525 NX Cryostat Thermo Fischer Scientific 956640
MX35 Premier Disposable Low-Profile Microtome Blades Thermo Fischer Scientific 3052835
Wheaton™ Glass 20-Slide Staining Dish with Removable Rack Fisher Scientific 08-812
Super Pap Pen Liquid Blocker Ted Pella, Inc. 22309
Normal Donkey Serum Jackson Immuno Research 017-000-121 Can be purchased through other vendors
TritonX-100 Acros 21568 Can be purchased through other vendors
BSA Sigma Aldrich A7906 Can be purchased through other vendors
Phospho-Stat1 (Ser727) antibody Cell Signaling 9177
VR1 Antibody (C-15) Santa Cruz sc-12503
DyLight 488 Donkey anti Rabbit Jackson Immuno Research 711-485-152 Discontinued
DyLight 488 Donkey anti Goat Jackson Immuno Research 705-485-003 Discontinued
Rhodamine (TRTIC) Donkey anti Rabbit Jackson Immuno Research 711-025-152 Discontinued
ProLong® Diamond Antifade Mountant w/ DAPI Thermo Fisher P36971
(−)-N6-(2-Phenylisopropyl)adenosine Sigma Aldrich P4532
8-Cyclopentyl-1,3-dipropylxanthine Sigma Aldrich C101
siRNA pSTAT1 Qiagen Custome Made Kaur et al. 201120
siRNA NOX3 Qiagen Custome Made Kaur et al. 201120
Scrambled Negative Control siRNA Qiagen 1022076 Kaur et al. 201120

References

  1. McKeage, M. J. Comparative adverse effect profiles of platinum drugs. Drug Saf. 13 (4), 228-244 (1995).
  2. Boulikas, T., Vougiouka, M. Cisplatin and platinum drugs at the molecular level. Oncol Rep. 10 (6), 1663-1682 (2003).
  3. Fouladi, M., et al. Phase II study of oxaliplatin in children with recurrent or refractory medulloblastoma, supratentorial primitive neuroectodermal tumors, and atypical teratoid rhabdoid tumors: a pediatric brain tumor consortium study. Cancer. 107 (9), 2291-2297 (2006).
  4. Pasetto, L. M., D’Andrea, M. R., Rossi, E., Monfardini, S. Oxaliplatin-related neurotoxicity: how and why. Crit Rev Oncol Hematol. 59 (2), 159-168 (2006).
  5. Ardizzoni, A., et al. Cisplatin- versus carboplatin-based chemotherapy in first-line treatment of advanced non-small-cell lung cancer: an individual patient data meta-analysis. J Natl Cancer Inst. 99 (11), 847-857 (2007).
  6. Banfi, B., Malgrange, B., Knisz, J., Steger, K., Dubois-Dauphin, M., Krause, K. H. NOX3, a superoxide-generating NADPH oxidase of the inner ear. J Biol Chem. 279 (44), 46065-46072 (2004).
  7. Mukherjea, D., Whitworth, C. A., Nandish, S., Dunaway, G. A., Rybak, L. P., Ramkumar, V. Expression of the kidney injury molecule 1 in the rat cochlea and induction by cisplatin. Neuroscience. 139 (2), 733-740 (2006).
  8. Rybak, L. P., Husain, K., Morris, C., Whitworth, C., Somani, S. Effect of protective agents against cisplatin ototoxicity. Am J Otol. 21 (4), 513-520 (2000).
  9. Lee, J. E., et al. Role of reactive radicals in degeneration of the auditory system of mice following cisplatin treatment. Acta Otolaryngol. 124 (10), 1131-1135 (2004).
  10. Lee, J. E., et al. Mechanisms of apoptosis induced by cisplatin in marginal cells in mouse stria vascularis. ORL J Otorhinolaryngol Relat Spec. 66 (3), 111-118 (2004).
  11. Lawenda, B. D., Kelly, K. M., Ladas, E. J., Sagar, S. M., Vickers, A., Blumberg, J. B. Should supplemental antioxidant administration be avoided during chemotherapy and radiation therapy. J Natl Cancer Inst. 100 (11), 773-783 (2008).
  12. Akil, O., Oursler, A. E., Fan, K., Lustig, L. R. Mouse auditory brainstem response testing. Bio Protoc. 6 (6), 1768 (2016).
  13. Montgomery, S. C., Cox, B. C. Whole Mount Dissection and Immunofluorescence of the Adult Mouse Cochlea. J. Vis. Exp. (107), e53561 (2016).
  14. Whitlon, D. S., Szakaly, R., Greiner, M. A. Cryoembedding and sectioning of cochleas for immunocytochemistry and in situ hybridization. Brain Res Brain Res Protoc. 6 (3), 159-166 (2001).
  15. Londos, C., Cooper, D. M., Wolff, J. Subclasses of external adenosine receptors. Proc Natl Acad Sci. 77 (5), 2551-2554 (1980).
  16. Lohse, M. J., Klotz, K. N., Lindenborn-Fotinos, J., Reddington, M., Schwabe, U., Olsson, R. A. 8-Cyclopentyl-1,3-dipropylxanthine (DPCPX)–a selective high affinity antagonist radioligand for A1 adenosine receptors. Naunyn Schmiedebergs Arch Pharmacol. 336 (2), 204-210 (1987).
  17. Rybak, L. P., Whitworth, C., Scott, V., Weberg, A. D., Bhardwaj, B. Rat as a potential model for hearing loss in biotinidase deficiency. Ann Otol Rhinol Laryngol. 100 (4), 294-300 (1991).
  18. Mukherjea, D., et al. NOX3 NADPH oxidase couples transient receptor potential vanilloid 1 to signal transducer and activator of transcription 1-mediated inflammation and hearing loss. Antioxid Redox Signal. 14 (6), 999-1010 (2011).
  19. Kaur, T., et al. Adenosine A1 receptor protects against cisplatin ototoxicity by suppressing the NOX3/STAT1 inflammatory pathway in the cochlea. J Neurosci. 36 (14), 3962-3977 (2016).
  20. Kaur, T., Mukherjea, D., Sheehan, K., Jajoo, S., Rybak, L. P., Ramkumar, V. Short interfering RNA against STAT1 attenuates cisplatin-induced ototoxicity in the rat by suppressing inflammation. Cell Death Dis. 2 (180), (2011).

Play Video

Cite This Article
Sheehan, K., Sheth, S., Mukherjea, D., Rybak, L. P., Ramkumar, V. Trans-Tympanic Drug Delivery for the Treatment of Ototoxicity. J. Vis. Exp. (133), e56564, doi:10.3791/56564 (2018).

View Video