Method Article
* Estes autores contribuíram igualmente
O objetivo do presente protocolo é fornecer um modelo animal de implante coclear, que pode ser usado para resolver uma infinidade de perguntas de pesquisa. As aplicações potenciais incluem a avaliação de intervenções farmacêuticas ou estimulação elétrica para efeitos benéficos sobre limiares auditivos ou impedâncias de eletrodo.
Implantes cocleares são dispositivos altamente eficientes que podem restaurar a audição em indivíduos com perda auditiva profunda. Devido a resultados de percepção de discurso melhorado, expandiram-se critérios de candidatura ao longo das últimas décadas. Isso inclui pacientes com audição residual substancial que beneficiam da estimulação elétrica e acústica do ouvido mesmo, que faz uma questão importante de preservação de audição durante o implante coclear. Impedâncias de eletrodo e o problema relacionado do consumo de energia é outro campo de pesquisa principais, como o progresso nesta área poderia pavimentar o caminho para próteses auditivas totalmente implantáveis. Para solucionar esses problemas de uma forma sistemática, modelos animais adequados são essenciais. Portanto, o objetivo do presente protocolo é fornecer um modelo animal de implante coclear, que pode ser usado para resolver diversas questões de investigação. Devido à sua grande timpânica, que permite fácil acesso cirúrgico para o ouvido interno, bem como a sua gama de audiência que é relativamente semelhante à faixa auditiva dos humanos, a cobaia é uma espécie de comumente usada na pesquisa auditiva. Implante coclear no guinea pig é realizada através de uma abordagem retroauricular. Através do bullostomy um cochleostomy é perfurado e o eléctrodo de implante coclear é inserido a scala tympani. Então, este eletrodo pode ser usado para estimulação elétrica, determinação de impedâncias de eletrodo e a medição dos potenciais de ação compostos do nervo auditivo. Além destas aplicações, eletrodos do implante coclear podem também ser usados como dispositivos de entrega de drogas, se destina uma entrega tópica de agentes farmacêuticos para as células ou fluidos do ouvido interno.
Mais de 500 milhões de pessoas no mundo sofrem de perda auditiva. 1 audição prejudicada tem sido associada a uma taxa mais elevada de depressão, baixa auto-estima e sentimentos de baixos de auto-estima, que todos levam a redução da qualidade de vida. 2 enquanto aparelhos auditivos são uma forma adequada para restaurar a função sensorial em casos de perda auditiva moderada, a modalidade de tratamento mais eficaz para pacientes que sofrem de perda auditiva profunda é o implante coclear (IC). Devido os resultados excelentes no que diz respeito a percepção de fala, critérios de candidatura para um implante coclear agora também incluems pacientes que têm substancial residual audiência na região de baixa frequência, mas não beneficiam de aparelhos auditivos. 3 uma vez que estes pacientes podem uso combinado de estimulação elétrica e acústica no ouvido implantado, preservação de audição tornou-se um grande problema para os cirurgiões de CI. Durante o implante coclear, uma matriz de eletrodo é inserida a scala tympani da cóclea, onde estimula eletricamente o nervo auditivo. 4 o trauma de inserção do eléctrodo representa um risco para a audição residual e induz fibrose, o que aumenta a impedância do eléctrodo e consumo de bateria do implante. Assim, os modelos para estudar as intervenções farmacêuticas que podem reduzir a perda de audição e fibrose causada pela inserção do eléctrodo são essenciais.
A cobaia é um conveniente e apropriado modelo animal para CIs, por causa do mais fácil e mais reprodutível acesso cirúrgico à orelha interna em comparação com hamsters, ratos ou camundongos. 5 , 6 , 7 , 8 além disso, a gama de audição desta espécie é relativamente comparável ao ouvido humano. 9 espécies maiores, como gatos ou macacos, que têm sido usados para endereços específicos de investigação questões relacionadas com CIs, não representam uma escolha razoável para a maioria dos estudos de CI devido a considerações éticas e financeiras. 10 , 11
Em resumo, a cobaia é um modelo confiável e relativamente eficiente para avaliar os efeitos de intervenções farmacológicas no cenário do implante coclear.
Todos os experimentos com animais foram aprovados pelo comitê local de bem-estar animal e o Ministério Federal austríaco de ciência, pesquisa e economia.
1. preparar o equipamento e a configuração necessária para a cirurgia
2. anestesia, medicação e preparação de animais
3. coclear implantação
4. pós-operatório cuidados
Geralmente, feridas cirúrgicas curarem rápido e sem complicações no modelo de cobaia e os contatos para pós-operatório medidas eletrofisiológicas permanecem facilmente acessíveis no vértice do animal (Figura 3). A Figura 4 mostra a medição de pré e pós-operatório clique-CAP de um animal representativo. Inserção de eletrodo resultou em uma mudança do limite de 16 decibéis (dB) (figuras 4A e 4B). Figura 4 C ilustra os limiares de CAP frequência específica pré e pós-operatório do mesmo animal. CAP limiares são quase inalterados nas frequências baixas, Considerando que uma mudança de limiar de aproximadamente 25 a 30 dB é alcançada na área de alta frequência, começando em 8kHz.
Inserção do eléctrodo pode causar trauma no ouvido interno. Além do trauma cirúrgico agudo, a reação de corpo estranho para o eletrodo negativamente afeta o desempenho de implante coclear. A Figura 5 demonstra a cochleae de cobaias após a inserção de CI e diferentes procedimentos histológicos. Na Figura 5ao eletrodo, que é posicionado corretamente na scala tympani, foi deixado em situ, Considerando que na Figura 5B o eletrodo foi removido antes de exames histológicos. Na Figura 5A quase nenhuma reação de corpo estranho é visível, Considerando que na Figura 5B uma grande área do tímpano a scala é preenchido com tecido fibrótico. Figura 5 C retrata a fratura da lâmina espiral óssea devido à inserção de eletrodo de CI, que também causou uma perda de células do gânglio espiral neste animal. Tais fraturas podem explicar mais alto do que o esperado limiar turnos em alguns animais.
Figura 1 : Ronda a área de janela com fio de ouro no local. O asterisco marca a janela redonda, um x virar a basal da cóclea. O fio de ouro é marcado por uma flecha. Escala da barra 2 mm. clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2 : Eletrodo de implante coclear cobaia. O eletrodo com dois contatos é inserido para 4 mm. O diâmetro do eletrodo é afilado de 0,3 mm na ponta de 0,5 mm. linhas indicam 0,5 mm. clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 3 : Cobaia aproximadamente duas semanas após o implante coclear. O elétrodo de CI é em situ ... e os contatos para medições eletrofisiológicos são facilmente acessíveis no vértice do animal. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 4 : Limiares CAP representativo (A) Limiar de CAP clique no pré-operatório de um animal representativo. (B) Postoperative clique em limite de CAP do mesmo animal, exibindo uma mudança do limite de 16 dB. Linhas indicam 10 dB. (C) pré e pós-cirúrgico frequência específica CAP limiares. Enquanto baixas frequências são quase inalteradas, uma mudança do limiar de 25-30 dB pode ser observada na faixa de frequência de 8 a 32 kHz. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 5 : Potenciais consequências locais de inserção do eléctrodo de CI. (A) Micrografia de uma curva basal de uma cóclea cobaia com o CI eletrodo in situ (#) e reação de corpo estranho mínimo apenas. A análise histológica foi realizada usando uma moagem e técnica de polimento após a incorporação de resina e coloração Giemsa. 15 Scalebar 100 µm (B) micrografia do ducto timpânicas do basal superior volta da cóclea com resposta visível do tecido, deixando um canal após a remoção do eletrodo CI (#). Scalebar 100 µm (C) menor curva basal da cóclea com lâmina espiral óssea fraturada (seta em negrito) e a resposta do tecido adjacente: (i) a perda de células do gânglio de espiral (seta) em canal (ii) fibrose do Rosenthal e osteoneogenesis no duto vestibular (●) e ( III) perda do órgão de Corti (*). Perfuração-buraco para inserção de CI (○) com osteoneogenesis adjacentes. Scalebar 500 µm. figuras 5B e 5C foram corados com hematoxilina (azul) & eosina (vermelhos). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
O protocolo apresentado descreve como realizar implante coclear no modelo de cobaia. Este protocolo pode ser usado para avaliar diferentes intervenções por seus efeitos na audição residual e reação de corpo estranho ao eléctrodo de CI. Para obter uma alta reprodutibilidade e precisão dos experimentos, devem ser tomadas precauções diversas.
Limiares auditivos de linha de base de todas as cobaias devem ser medidos no pré-operatório, usando , por exemplo, respostas de tronco cerebral auditivo. Alguns dos porquinhos da Índia disponíveis comercialmente apresentam uma perda auditiva relevantes e, portanto, não devem ser incluídos na coorte experimental. Dependendo da duração da cirurgia e protocolo que esta avaliação pode ser realizada quer imediatamente antes da cirurgia ou alguns dias antes do implante coclear, dar o animal tempo suficiente para se recuperar da anestesia.
Ao realizar a cirurgia sob anestesia geral em um respirando espontaneamente animal, a velocidade é importante. Portanto, a meticulosa preparação antes da cirurgia é essencial, como é a escolha do protocolo anestésico. O uso de cetamina, medetomidina, midazolam e fentanil em combinação com resultados de anestesia local em uma suficiente anestesia e analgesia, enquanto ao mesmo tempo, o animal continua a respirar espontaneamente. Em comparação com o uso descrito frequentemente de ketamina e xilazina, esse regime resulta em melhor analgesia e perioperatório reduzida morbidade e mortalidade. É importante ter todos os instrumentos e medicamentos (incluindo um impulsionador dos anestésicos) prontamente disponível antes de colocar o animal para dormir.
Devido às mudanças de posição dos animais durante a cirurgia (mudando de posição prona para trás e lateralmente posição), há um risco de aspiração do estômago conteúdo em para os pulmões. Por esse motivo, o protocolo também inclui a aplicação de um tubo de estômago, que é uma maneira rápida e fácil para proteger o animal de aspiração e reduzir a mortalidade perioperatória.
Para manter a esterilidade durante o re-posicionamento, as áreas onde o animal é tocada precisa ser coberto por cortinas estéril, luvas precisam ser alteradas posteriormente ou re-posicionamento precisa ser feito por outra pessoa que não é estéril.
Ó2-monitorização de saturação é também de extrema importância durante a cirurgia. O posicionamento da cabeça necessário para visualização do promontório e nicho da janela redonda pode causar uma obstrução das vias aéreas, que podem ser facilmente tratadas quando identificado cedo o suficiente.
Normalmente, os animais perdem uma grande quantidade de fluidos corporais (por exemplo, sangue, fluido extracelular, urina) durante a cirurgia. Portanto, o protocolo de substituição de fluido introduzido neste manuscrito representa um método bem tolerado para estabilizar a hemodinâmica dos animais e apoia a sua rápida recuperação da anestesia.
Para evitar erros ao realizar medições audiometrical, recomenda-se conectar o mesmo pino do conector para um eletrodo específico durante cada cirurgia.
Uma limitação deste método é a relativamente alta variabilidade em turnos de limiar de audição pós-operatória, que muitas vezes não se correlacionam bem com a percepção do cirurgião. Mesmo que esta variabilidade nos resultados assemelha-se a situação em destinatários de CI humanas com audição residual, isso não é totalmente compreendido quais são as causas dos resultados variáveis. 16 , 17 , 18 em geral, a variabilidade diminui com o tempo e a experiência do cirurgião. É importante evitar forças excessivas ao inserir o eletrodo, que pode ser alcançado por uma velocidade lenta de inserção. Porque a inserção cuidadosa de um eletrodo de CI pode resultar em apenas perda de audição muito limitado, o protocolo apresentado descreve uma inserção repetida do eléctrodo, que faz com que um maior e mais previsível perda de audição. Esta perda de audição é mais pronunciada na área de alta frequência, entre 16 e 32 kHz. Como o trauma intracocleares depende da profundidade de inserção, a morfologia da cóclea e a abordagem (cochleostomy contra inserção de janela redonda) precisa ser levado em conta. Inserção do eléctrodo CI através da membrana da janela redonda, geralmente realizado em implante coclear da preservação audição humana, também tem sido usada no modelo de cobaia. 19 porque a membrana da janela redonda está oculto na cobaia e inserção de eletrodo através dos resultados de membrana janela redonda em um ângulo de inserção desfavorável, perfurar um cochleostomy leva a turnos de limiar de audição mais previsíveis. Este protocolo propõe o uso de um bisturi em vez de uma broca para a abertura da timpânica, porque isso resulta em uma exposição de redução de ruído da orelha a ser implantado. Uma avaliação histológica das orelhas interna abordando a reação de corpo estranho para o eletrodo, a quantidade de células ciliadas e células do gânglio espiral, bem como o trauma de estruturas como a lâmina espiral óssea e taxas de translocação de eletrodo devem ser executadas todos implantaram orelhas, como estes resultados facilitam melhor compreensão dos resultados funcionais medidos. 12 , 20
Christoph Arnoldner e Clemens Honeder são os detentores de uma bolsa de pesquisa da Áustria MED-EL. Os eletrodos utilizados nesta publicação foram fornecidos pela Áustria MED-EL. Os restantes autores não têm nada para divulgar.
Os autores querem agradecer a Sandra Peiritsch para o cuidado dos animais e Noelani Peet para exclusivamente médica. O apoio financeiro do fundo de ciência austríaco (FWF subvenção P 24260-B19) e Áustria MED-EL é reconhecido com gratidão.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Scale | |||
Oxygen insufflator | |||
Shaver | |||
Sucker | |||
Povidone Iodine Solution | |||
Alcohol | |||
Laryngoscope | |||
Stomach tube | Fr 06, Lg 80 cm | ||
Surgical binocular microscope | |||
Drill | |||
0.5 mm diamond burr | |||
1 mm diamond burr | |||
Heating plate | |||
Pulse oximeter | |||
Tissue glue | |||
Dental cement powder | |||
Fluid for dental cement powder | |||
Bipolar cautery | |||
Gauze compress | |||
Cotton bud | |||
Cement mixing bowl | |||
Teflon insulated gold wire | 99.99 % gold, diameter: 0.125 mm, isolation: 0,016 mm, PTFE (Polytetrafluoroethylen) | ||
Scalpel with blade No. 10 | |||
Scalpel with blade No. 15 | |||
Scissors | |||
Mosquito forceps | |||
Dressing forceps | |||
Tissue forceps | |||
Delicate dressing forceps 2X | |||
Micro forceps | |||
Screw driver | |||
Stainless steel screws | diameter: 1 mm | ||
Retractor | |||
Needle probe | |||
Spatula | |||
Needle holder | |||
5-0 absorbable sutures | |||
Needle 23G | |||
Needle 27G | |||
Medetomidine 1 mg/mL | 0.36 mg/kg | ||
Midazolam g mg/mL | 1.2 mg/kg | ||
Fentanyl 50 µg/mL | 0.036 mg/kg | ||
Ketamine 100 mg/mL | 12 mg/kg | ||
Lidocaine (local anesthesia) | 4 mg/kg | ||
Atipamezole 5 mg/mL | 1 mg/kg | ||
Flumazenil 0.1 mg/mL | 0.1 mg/kg | ||
Enrofloxacin 100 mg/mL | 7 mg/kg | ||
Buprenorphin 0.3 mg/mL | 0.05 mg/kg | ||
Physiological Saline (at body temperature) | 12.5 mL/Kg (pre-surgery) | ||
Glucose 5 % (preoperative, at body temperature) | 12.5 mL/Kg | ||
Physiological Saline (at body temperature) | 25 mL/kg (post-surgery) |
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