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Medicine

Un procedimiento quirúrgico para la administración de medicamentos para el oído interno en una no humanos primates común tití (Callithrix jacchus)

Published: February 27, 2018 doi: 10.3791/56574
* These authors contributed equally

Summary

Divulgamos un método quirúrgico para administrar medicamentos al oído interno de un primate no humano, el tití común (Callithrix jacchus), a través de la membrana de ventana redonda.

Abstract

Investigación de la audiencia se larga ha facilitado por modelos de roedores, aunque en algunas enfermedades, no pueden ser recapitulados síntomas humanos. El tití común (Callithrix jacchus) es un mono de nuevo mundo pequeño, fácil de manejar, que tiene una anatomía similar del hueso temporal, incluyendo las cadenas de huesecillos del oído medio y oído interno a los seres humanos, que en comparación con la de roedores. Aquí, Divulgamos un abordaje racional, seguro y reproducible para el nicho de la ventana redonda coclear para la entrega de medicamentos para el oído interno del tití común. Adoptamos la timpanotomía posterior, un procedimiento usado clínicamente en cirugía humana, para evitar la manipulación de la membrana timpánica que puede causar pérdida de oído conductor. Este procedimiento quirúrgico no condujo a cualquier pérdida de audición significativa. Este enfoque fue posible debido a la estructura de la gran bulla del tití común, aunque deben considerarse cuidadosamente el canal semicircular lateral y la parte vertical del nervio facial. Este método quirúrgico nos permite realizar la administración segura y precisa de drogas sin pérdida de la audición, que es de gran importancia en la obtención de prueba de concepto para la investigación traslacional pre clínico.

Introduction

Pérdida de oído sensorineural (SNHL) se presenta predominante del daño o deficiencia en la cóclea. Causas comunes de SNHL incluyen envejecimiento (p. ej. presbiacusia), defectos genéticos, exposición a ruidos fuertes, infección y medicamentos ototóxicos1. La Organización Mundial de la salud (OMS) estima que más 360 millones de personas, que representan 5.3% de la población mundial, sufren pérdida2de la audiencia. También se estima que 1 de 900 a 1 en 2.500 recién nacidos se han moderado, severo y pérdida de oído permanente congénita profunda y aproximadamente uno de cada tres adultos mayores de 65 años tienen algún grado de pérdida auditiva3. Sin embargo, no existe ningún tratamiento clínico eficaz de pérdida de la audición para estos pacientes.

Investigación de audiencia durante mucho tiempo se ha realizado con roedores o modelos de conejillo de Indias, y muchos enfoques, tales como la terapia génica y terapia regenerativa, se han sugerido como un tratamiento para la pérdida de la audición. Sin embargo, hay una gran diferencia entre los seres humanos y roedores en términos del sistema auditivo, y es muy difícil de traducir modelos animales a aplicaciones humanas. El tití común (Callithrixjacchus C.), un mono de nuevo mundo originario de la Amazonia, se ha convertido en un modelo de primates no humanos atractivos para diversos estudios de investigación básica por varias razones. En primer lugar, su anatomía y la fisiología son más similares a los de los seres humanos en lugar de roedores. En segundo lugar, la información biológica básica sobre esta especie, incluyendo enfermedades, redes neuronales, la conducta y el genoma, se caracteriza bien. Procesamiento auditivo y vocal, la codificación cortical de periodicidad, la representación de la echada y las interacciones auditivo vocal de titíes comunes también han sido reportados4,5,6,7 , 8 , 9 , 10. en estudios histológicos recientes, los investigadores identificaron patrones de expresión distintivo de 20 genes de sordera y cambiadores de anión en la cóclea de lo tití común y encontró que cinco genes que son causantes de sordera progresiva y tres intercambiadores de aniones, tenían patrones de expresión diferentes a las de roedores11,12. Estos perfiles nos llevan a creer que el tití común es una potente herramienta para la investigación de audiencia.

Los atributos más marcados de lo tití común como un animal experimental son los siguientes:

  • Fácil manejo con un tamaño de cuerpo pequeño en comparación con algunas especies de monos del mundo: titís adultos pesan 300-400 g y son aproximadamente 60 cm de altura, que es similar a las ratas.
  • Altamente reproductiva primates: monos tití alcanzan la madurez sexual a una edad de 18 meses y son capaces de soportar dos veces al año y producir 4 a 6 crías anualmente.
  • Modificaciones genéticas están disponibles: Sasaki E et al. logrado crear13 de transgénicos y knock-out14 primates tití mediante modificaciones genéticas implicadas en trastornos neurológicos (por ejemplo, Parkinson de la enfermedad y la enfermedad de Alzheimer).
  • Las células madre embrionarias (ES) y pluripotentes inducidas (iPS) células han sido establecidos15,16. Aunque es bastante difícil mantener el mismo número de titíes en comparación con roedores, la disponibilidad de células madre o células iPS proporciona pruebas en vitro que reducirán el número de en vivo ensayos requeridos.

Para facilitar mejor la investigación traslacional en el campo de la sordera y su tratamiento potencial, hemos establecido un protocolo de estudio por imágenes con CT y MRI, anestesia general y pruebas de audición con respuestas auditivas de tallo cerebral (ABR). Estos sistemas experimentales pueden darnos mejores oportunidades para obtener prueba preclínica de los estudios de concepto que son esenciales para tender un puente sobre los boquetes entre los roedores estudios y ensayos clínicos. Aquí, Divulgamos un método quirúrgico para administrar medicamentos al oído interno de lo tití común a través de la membrana de ventana redonda. Para obtener una visión clara alrededor de la ventana redonda, sin manipular la membrana timpánica que puede causar una pérdida de oído conductor, es útil para enfoque de la cavidad mastoide. Clínico, este enfoque, denominado "tympanotomy posterior" está bien establecido y utilizado generalmente para el implante coclear, cirugía de colesteatoma. Creemos que tympanotomy posterior nos permite realizar la administración exacta de drogas sin la inducción de pérdida de la audición.

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Protocol

Todos los procedimientos experimentales se realizaron en la Universidad de Jikei, Tokio Japón. Manejo de animales y procedimientos experimentales fueron aprobados por la atención institucional del Animal y uso de la Universidad de Jikei (aprobación no: 26-060) y realizado de acuerdo con las directrices institucionales para el uso de animales de laboratorio en el Jikei Universidad, que de acuerdo con las directrices para la correcta conducta de Animal experimentos por el Consejo de ciencia de Japón (2006). Cuidado de los animales se realizó según las recomendaciones de la guía para el cuidado y uso de animales de laboratorio (Instituto de laboratorio de recursos animales, 1996).

1. preoperatorio examen

  1. Tener una exploración de tomografía computarizada (TC) craneal de animales (monos tití común) para facilitar la identificación de estructuras anatómicas individuales por lo menos un mes antes de la cirugía.
  2. Llevar a cabo una prueba audiométrica de al menos un mes antes de la cirugía.
    Nota: Aquí, se utilizó el ABR para evaluar el estado de la audiencia. Brevemente, un electrodo positivo por vía subcutánea fue colocado en el vértice y un electrodo negativo de referencia en la base dorsal del oído estimulado. El electrodo de tierra se colocó por vía subcutánea en la parte dorsal del cuello. 17 , 18 abr fueron evocado con tono burst (ráfaga de 1,0 ms tono duración con subida de 0,1 ms y tiempo de caída). El nivel de sonido se redujo luego en pasos de 10 dB de su máxima amplitud. En cada nivel de sonido, 512 respuestas fueron hechas un promedio (con la polaridad del estímulo alternada). ABR umbral se define como el nivel de presión sonora (SPL) en que podía detectarse cualquier onda.

2. anestesia

  1. Animales rápidos de la noche antes de la cirugía bajo anestesia general.
  2. Administrar 4% de isoflurano y aire ambiental a 5-6 mL/min con la ventilación de la mascarilla a la cara o en una cámara de inducción para la inducción lenta (figura 1A). Confirmar que el animal no responde a estímulos dolorosos, como el pinchazo del dedo del pie.
  3. Anesthestize titíes comunes con la inyección intramuscular (en el músculo femoral) de una combinación de medetomidina (0,04 mg/kg), midazolam (0,4 mg/kg) y butorfanol (0,4 mg/kg).
  4. Inyecte ampicilina (0.08 mg/g) por vía subcutánea 30 minutos o más antes de la incisión en la piel como un antibiótico preoperatorio.
  5. Coloque el tití en la posición supina con la cabeza hacia la parte superior y extiende la cabeza y el cuello. Fijar el maxilar a la mesa con un hilo de nylon y tire de la lengüeta para obtener una buena vista o utilizar un laringoscopio para visualizar la epiglotis y la entrada de la laringe como alternativa (figura 1B).
  6. Inserte un tubo endotraqueal a lo largo de la superficie laríngea de la epiglotis.
    Nota: Es posible utilizar un catéter intravenoso calibre 16 o 6-francés medidor de sonda de alimentación, como un tubo endotraqueal (figura 1).
  7. Compruebe el EtCO2 del tubo endotraqueal para confirmar que ha sido bien colocada en la tráquea. Después de que el tubo ha sido colocado y comprobado movimiento de gas respiratorio, fijar el tubo endotraqueal al rostro de Tití con cinta.
  8. Mantener anestesia entre 1-3% isoflurano durante la operación.
  9. Monitorizar la SpO2, EtCO2, temperatura corporal y rectal de la temperatura durante las operaciones. Realizar todos los procedimientos en una esterilla para evitar una reducción en la temperatura corporal.

3. preoperatoria preparación

  1. Preparar el tití en una posición supina e inclina la cabeza a un ángulo de 30-45 grados hacia el lado no-quirúrgico (figura 2A).
  2. Afeite la región poste-auricular de la parte dispositiva.
  3. Desinfectar la zona quirúrgica con alcohol y povidona yodo, tanto en la región poste-auricular y conducto auditivo externo.
  4. Coloque una lámina de paño quirúrgico con un agujero redondo en el tití (figura 2B).

4. cirugías

  1. Inyectar el 1% de clorhidrato de lidocaína (con epinefrina 1: 100.000, 0.1-0.2 mL) por vía subcutánea en el sitio de la incisión de la piel. Hacer una incisión en la piel postauricular con hoja No.15 de forma redonda.
  2. Hemostasia, aplique presión sobre la zona sangrante con una gasa empapada en 1:5,000 diluidos epinefrina. Cauterización bipolar también es eficaz (figura 2).
  3. Abrir el tejido blando de la región poste-auricular así cartílago auricular (c) y músculo auricular posterior (m) puede ser reconocido. Exponer el hueso del canal auditivo externo que debe ser visible en el cartílago (Figura 3A).
  4. Para confirmar la profundidad de la membrana timpánica, exponer la parte huesuda de la llanta timpánica que puede ser reconocida como la adherencia de la piel y hueso en la parte más profunda del conducto auditivo posterior.
    Nota: Este paso nos permite reconocer la profundidad de la parte lateral de la cavidad del oído medio es (Figura 3A).
  5. Pelar los músculos poste-auriculares (músculo esternocleidomastoideo músculo splenius de la cabeza y vientre posterior del músculo digástrico) hacia lo caudal, separado del hueso temporal. Luego exponer la superficie lateral del hueso temporal (asterisco en la figura 3B).
  6. Hacer un agujero de aproximadamente 5 mm detrás de canal auditivo externo con un bur. de diamante de 1,0 mm (figura 3). Utilice una velocidad de taladro de 1.000 8.000 rpm dependiendo del sitio de perforación.
    Nota: Una velocidad lenta es adecuada para la delicada manipulación cerca el canal semicircular o nervio facial. Goteo de la solución salina en lugar adecuadamente para evitar la lesión térmica de perforación.
  7. Agrande el orificio de perforación y confirme la posición del canal semicircular horizontal (HSC), que protruye hacia la cavidad mastoide (figura 3D).
  8. Confirme la posición del nervio facial cuya parte vertical corre anterior de HSC. Taladro y quite todos los tabiques de hueso, si existen, para obtener una visión clara de la hendidura facial, que se encuentra en el centro del área triangular entre el nervio facial y tympani del chorda.
  9. Hacer un pequeño agujero de perforación entre la parte vertical del nervio facial y la timpánica borde (asterisco en la Figura 4A) con una fresa de diamante de diámetro de 0,6 mm a 1.000 rpm.
  10. Mueva la fresa paralela a la pared posterior del canal para evitar daños en el nervio facial, que puede ser visto como una línea de color rosa a través del hueso enrarecido. Detener la perforación inmediatamente antes de que el nervio se expone como una estructura de línea blanca (Figura 4B).
  11. Asegúrese de que el nicho de la ventana redonda puede visualizarse a través del orificio (figura 4). Entonces, administrar medicamentos dentro del nicho con una aguja de calibre 25 o más delgada. Para conservar los medicamentos en el nicho de la ventana redonda, lugar de una solución viscosa en el nicho (figura 4).
  12. Después de confirmar que hemostasia esté controlado, cerca de las capas (capa epidérmica y capa cutánea) con sutura interrumpida simple con hilos absorbentes 6-0.
  13. Fijar gasa sobre la herida quirúrgica y colocar un vendaje.

5. posoperatorio cuidado

  1. Administrar clorhidrato de atipamezole (0,15 mg/kg) por vía intramuscular en el músculo femoral para antagonizar la medetomidina.
  2. Cuando se inicia la respiración espontánea, retire el tubo endotraqueal.
  3. Mantener el tití común en unidad de cuidados intensivos en el 30% O2, 29 ° c hasta que la anestesia pase para completar la excitación.
  4. Confirmar que hay no hay hallazgos sugestivos de disfunción vestibular como nistagmo y devolver el animal a la jaula de cría.

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Representative Results

Timpanotomía posterior se realizó sin ninguna complicación como infección del sitio quirúrgico, sangrado con lesión vascular o disfunción vestibular, que a veces se produce con la manipulación del oído medio. Realizamos tympanotomy posterior en la oreja derecha del tití común de 7 años y había administrado 1 μl de tampón fosfato salino para el nicho de la ventana redonda. Abr se midieron antes y dos meses después de la cirugía (figura 5A-B). Formas de onda y umbrales de ABRs eran comparables a un anterior estudio17,18, y no hubo cambios en estos parámetros antes y después de la cirugía (figura 5C). Así, concluimos que tympanotomy posterior es un procedimiento seguro y útil para la administración de fármacos para el nicho de la ventana redonda del tití común.

Figure 1
Figura 1 : La intubación traqueal. (A) anestesiar el tití común con 4% de isoflurano y aire ambiental a 5-6 mL/min ventilación de la máscara a la cara. Como alternativa, coloque el tití común en una cámara de inducción. (B) Coloque el tití común en la posición supina con la cabeza hacia la parte superior y extiende la cabeza y el cuello. Fijar el maxilar con hilo de nylon a la mesa y tire de la lengüeta para visualizar la epiglotis (flecha) y la entrada de la laringe. (C) Inserte un tubo endotraqueal a lo largo de la superficie laríngea de la epiglotis. catéter intravenoso calibre 16 o calibre francés 6 tubo de alimentación puede utilizarse como un tubo endotraqueal. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 2
Figura 2 : Incisión de la piel. (A) Coloque el tití común en la posición supina e inclina la cabeza para ángulos de 30-45 grados hacia el lado no-quirúrgico. Afeite la región poste-auricular del lado de operación y desinfecte con povidona yodada. CR, lado craneal, Ca, parte caudal, L, izquierda, R, derecha. (B) la línea negra indica la línea de incisión de la piel. Antes de la incisión en la piel, inyectar el clorhidrato de lidocaína 1% (con epinefrina 1: 100.000, 0.1-0.2 mL) por vía subcutánea. (C) corte abra tejido subcutáneo hasta el cartílago auricular (c) es elevado. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 3
Figura 3 : Perforación en la cavidad mastoide. (A) después de la eliminación de los tejidos blandos, el músculo auricular posterior será visible. m, músculo auricular posterior, cartílago auricular, c. (B) superficie de hueso Temporal (asterisco) es expuesta cuando se pela el músculo auricular posterior del hueso hacia el aspecto caudal. La estructura pneumatized puede reconocerse fácilmente a través del hueso temporal. (C) A agujero fue hecho por perforación con una fresa de diamante de 1,0 mm aproximadamente 5 mm detrás del hueso del canal auditivo externo. (D) la cavidad mastoide de la tití común se compone sobre todo de una sola cavidad. Al ampliar el agujero, pueden reconocerse fácilmente los bombeos canal semicircular horizontal (HSC y línea punteada) hacia la cavidad mastoide. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 4
Figura 4 : Timpanotomía posterior. (A) del nervio facial (FN) pasa a través del paso óseo el canal facial, y corre entre la pared posterior del hueso del canal auditivo externo (PAC) y el canal semicircular horizontal (HSC). La región anterior del nervio es la hendidura facial (asterisco). (B) hacer un agujero por la hendidura facial con una barra de diamante de 0,6 mm de diámetro de perforación. (C) al ampliar el agujero, el nicho de la ventana redonda (RWN) se hace visible. (D) a través del agujero en la hendidura facial, es posible administrar la solución en la RWN (flecha) con una aguja de calibre 25 o más delgada. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 5
Figura 5 : Evaluación de respuesta (ABR) auditivas del médula oblonga. Timpanotomía posterior fue realizada en un tití común de 7 años de edad, y 1 μl de tampón fosfato fue administrado para el nicho de la ventana redonda. Abr se midieron antes y después de la cirugía, y sus formas de onda representativas se muestran en (A) y (B) respectivamente. Las formas de onda y los umbrales de la abr, evocado con tono en seis frecuencias, eran comparables a un anterior estudio17,18. (C) no había ABR umbral cambio de antes a después de la cirugía. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Discussion

El volumen del flujo sanguíneo coclear es extremadamente pequeño, estima que en el orden de 1/1.000.000 de la salida cardíaca total en los seres humanos, y el acceso es limitado por la presencia de la barrera sangre-cóclea que separa el oído interno de la circulación general19 ,20. Por estas razones, droga o administración de vector viral en el oído interno es favorable, no a través de la administración sistémica sino por administración directa. En ratón y cobaya de experimentos, se han divulgado diversos enfoques, tales como el trans ventana redonda con poste-auricular enfoque o aproximación ventral, cochleostomy, entrega de Saco Endolinfático y el canal semicircular acercan a21, 2223,de,24,25,26.

En el presente estudio, utilizamos timpanotomía posterior y la administración de la ventana redonda como un método potencial para la investigación traslacional. Timpanotomía posterior es un método bien establecido para un procedimiento quirúrgico clínico y es conveniente para los titíes comunes porque el carácter anatómico de la cavidad timpánica se asemeja a el de seres humanos, mientras que su mastoides de la ruta se compone sobre todo de una gran cavidad única con septos muy delgados de hueso. De hecho, se realizó todo el procedimiento de la timpanotomía posterior sin complicaciones ni pérdida de la audición en el tití común. Si se realiza la timpanotomía posterior, administración de drogas puede ser realizada bajo visión clara alrededor de tejidos importantes como los canales semicirculares, nervio facial, estribo y redondo hueco de ventana. De la nota, podemos administrar la solución por medio de la vuelta basal de la cóclea, HSC, del canal semicircular posterior y del nicho de la ventana redonda con este enfoque único. Administración de la ventana redonda es, según una investigación con ratones, menos invasivos y proporciona una expansión más uniforme de la solución en la perilinfa de la cóclea que cochleostomy27. También se ha divulgado que la inyección directa de adenovirus por medio de transferencia de genes de canal semicircular mostraron transducción de genes predominante en el órgano vestibular26. Entrega de Saco Endolinfático proporciona inyección directa al espacio de descompresión y se divulga como el vector viral alcanzado la órgano de extremo vestibular y la cóclea25. Sin embargo parece insuficiente la información sobre la eficiencia.

Para realizar una operación segura, información anatómica es vital. El carácter anatómico básico de la cavidad timpánica del oído medio y oído interno es similar cuando se compara entre los seres humanos y monos tití común. Las piezas anatómicas importantes para realizar la operación como la unión entre la cavidad del oído medio y la cavidad mastoide, la posición de los osículos y la posición del nervio facial y del tympani de chorda son totalmente análogas a los humanos. Sin embargo, hay algunas diferencias. La cavidad mastoide humana consta de muchas células de aire y necesitamos hacer estas células para acercar el oído interno. Esto se llama "mastoidectomía" en el procedimiento clínico y quirúrgico y lleva su tiempo y destruye la morfología original. Por otra parte, la cavidad mastoide del tití común es casi una sola cavidad con septos muy delgados de hueso y los canales semicirculares son más grandes y arco hacia fuera en la cavidad mastoide en comparación con la anatomía humana. Estas diferencias son ventajosas para la administración de drogas del oído interno. Al administrar medicamentos a la endolinfa directamente, el enfoque del canal semicircular es posible haciendo una pequeña ventana a la HSC, según lo divulgado previamente en otras especies26. Aunque este enfoque no se realizó en este experimento, el HSC del tití común puede realizarse fácilmente por su tamaño y fácil detectabilidad. Sin embargo, antes de adoptar el enfoque, el riesgo de lymphorrhea, que puede inducir deterioro de oído, se debe considerar. Asumimos que el enfoque del canal semicircular no es un sistema experimental ideal con la que evaluar los niveles de audiencia después de una operación. En general, para evitar el lymphorrhea, embalaje la ventana con tejido adiposo y pegamento de la fibrina es eficaz.

En este caso, puso énfasis en una operación menos invasiva y colocar la solución en la membrana de ventana redonda sin punción. Sin embargo, sola administración no parecen eficaces para entregar una dosis suficiente de un medicamento o un vector viral a la perilinfa. Una solución simple para este problema es hacer un agujero en la membrana de ventana redonda e inyectar la solución directamente. Como se describe anteriormente, sin embargo, hacer un agujero en el oído interno causa lymphorrhea, que posiblemente puede inducir pérdida de la audición y la disfunción vestibular en pacientes humanos, así que esto será difícil de aplicar para un ajuste clínico. Además, a diferencia de los roedores, monos tití originalmente vivía en los árboles y estereoscópicamente se mueve en una jaula de cría, por lo que la disfunción vestibular puede ser también una complicación crítica. Por lo tanto, en el futuro, será importante mejorar la eficiencia de la difusión de drogas sin perforación de la membrana de ventana redonda. Una posibilidad es usar una bomba osmótica y preparación continua. Una bomba osmótica proporcionaría administración continua mediante un catéter en cuya punta se coloca en la membrana de ventana redonda. En la actualidad, los hidrogeles ploxamer407 y la gelatina pueden utilizarse como sostenidos preparados para administración de fármacos de membrana de ventana redonda. Estos dispositivos y compañías ya se están utilizando en ensayos clínicos28,,29,30,31.

En Resumen, este método quirúrgico nos permite realizar la administración segura y precisa de los medicamentos para el oído interno sin pérdida de la audición en un primate, que es de gran importancia en la obtención de prueba de concepto para la investigación traslacional pre clínico.

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Disclosures

Los autores no tienen nada que revelar.

Acknowledgments

El trabajo es apoyado por becas a M.F. del gobierno japonés MEXT KAKENHI (24592560, 15 H 04991 y 15 K 15624) y la Fundación de Ciencias de Takeda a M.F. y Jikei Universidad estratégico priorizar investigación del fondo a H.J.O.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
common marmoset CLEA Japan EDM:C.Marmoset(Jic)
isoflurane Phizer
medetomidine ZENOAQ
midazolam astellas
butorphanol Meiji Seika
ampicillin Meiji Seika
lidocaine hydrochloride AstraZeneca
 6-0 absorbent thread ETHICON RD-1
atipamezole hydrochloride ZENOAQ
phosphate buffered saline Wako 045-29795
Surge Wave Morita TR-900-OR
Diamond Bar 006 Morita 14070057
Diamond Bar 010 Morita 14070081
intensive care unit Menix P-100

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References

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Medicina número 132 oído interno oído medio cavidad mastoide nicho de la ventana redonda Tití común primate pérdida de la audición
Un procedimiento quirúrgico para la administración de medicamentos para el oído interno en una no humanos primates común tití (<em>Callithrix jacchus</em>)
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Kurihara, S., Fujioka, M., Yoshida,More

Kurihara, S., Fujioka, M., Yoshida, T., Koizumi, M., Ogawa, K., Kojima, H., Okano, H. J. A Surgical Procedure for the Administration of Drugs to the Inner Ear in a Non-Human Primate Common Marmoset (Callithrix jacchus). J. Vis. Exp. (132), e56574, doi:10.3791/56574 (2018).

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