Method Article
Aqui, descrevemos protocolos experimentais para a criação de um modelo animal de lesão coclear induzida por explosão usando onda de choque induzida por laser (LISW). A exposição do osso temporal ao LISW permite a reprodução da fisiopatologia coclear induzida por blasto. Este modelo animal pode ser uma plataforma para elucidar a patologia coclear e explorar possíveis tratamentos para lesões por explosão.
O ouvido é o órgão mais suscetível à sobrepressão de explosão, e as lesões cocleares ocorrem frequentemente após a exposição à explosão. A exposição à explosão pode levar à perda auditiva neurossensorial (PASN), que é uma perda auditiva irreversível que afeta negativamente a qualidade de vida. Patologias cocleares detalhadas induzidas por blastos, como perda de células ciliadas, neurônios ganglionares espirais, sinapses cocleares e ruptura de estereocílios, foram documentadas anteriormente. No entanto, determinar a deterioração neurossensorial coclear após uma lesão por explosão é um desafio, pois os animais expostos à sobrepressão da explosão geralmente apresentam perfuração da membrana timpânica (TMP), que causa perda auditiva condutiva concomitante. Para avaliar a disfunção coclear neurossensorial pura, desenvolvemos um modelo animal experimental de lesão coclear induzida por blasto usando uma onda de choque induzida por laser. Esse método evita TMP e lesões sistêmicas concomitantes e reproduz o declínio funcional do componente PASN de maneira dependente de energia após a exposição ao LISW. Este modelo animal pode ser uma plataforma para elucidar os mecanismos patológicos e explorar possíveis tratamentos para a disfunção coclear induzida por blasto.
A perda auditiva e o zumbido estão entre as deficiências mais prevalentes, relatadas em até 62% dos veteranos1. Várias complicações auditivas induzidas por blastos, incluindo perda auditiva neurossensorial (PASN) e perfuração da membrana timpânica (PTM), têm sido relatadas em indivíduos expostos à sobrepressão blástica2. Além disso, pesquisas em indivíduos expostos a blastos sugerem que a exposição ao blasto freqüentemente resulta em defeitos na resolução temporal auditiva, mesmo quando os limiares auditivos estão dentro da normalidade, o que é conhecido como "perda auditiva oculta (HHL)"3. Está bem estabelecido que há uma perda substancial de sinapses cocleares entre as células ciliadas internas (CCIs) e os neurônios auditivos (NAs) na patologia coclear relacionada à explosão4. A degeneração sináptica resulta em comprometimento do processamento auditivo e é um dos principais fatores que contribuem para o desenvolvimento da HHL5. Assim, os órgãos auditivos são componentes frágeis contendo estruturas complexas e altamente organizadas. No entanto, o mecanismo preciso pelo qual as ondas de choque afetam o ouvido interno no nível celular permanece obscuro. Isso se deve aos desafios em replicar as complexidades clínicas e mecânicas precisas das lesões por explosão em ambientes de laboratório e à complexidade das patologias cocleares induzidas por blasto.
O principal componente de uma lesão por explosão é a onda de choque (SW), caracterizada por um aumento rápido e alto na pressão de pico6. A complexidade das lesões por explosão tem sido extensivamente investigada em vários estudos retrospectivos 7,8,9. Existem vários dispositivos para geração de explosões, como gás comprimido10, tubos de choque11 e explosivos de pequena magnitude12, em diferentes níveis de pressão. A forma de onda de pressão do SW gerada por dispositivos desenvolvidos recentemente se assemelhava muito à de uma explosão real. Um conceito importante no estabelecimento de um modelo animal de perda auditiva neurossensorial induzida por explosão é minimizar lesões concomitantes, além de danos auditivos, para reduzir a morte animal. Assim, estudos de lesões por explosão foram desenvolvidos nos quais os tubos de choque foram miniaturizados e a saída pode ser controlada com precisão para que os animais expostos raramente morram. No entanto, embora esses modelos animais geralmente desenvolvam complicações, como a PTM, a avaliação da função coclear é difícil devido à perda auditiva condutiva concomitante2. Anteriormente, realizamos um estudo em animais com orelha protegida sobre lesão por explosão usando tampões de ouvido e não encontramos incidência de TMP13. Os tampões auditivos podem atenuar parcialmente os danos cocleares graves, mas não a neurodegeneração auditiva central ou o desenvolvimento do zumbido. Assim, os tampões de ouvido protegem a cóclea, bem como a membrana timpânica. No entanto, um modelo animal de dano coclear puro induzido por explosão sem TMP é necessário para estudar a fisiopatologia coclear causada por lesões por blasto.
Anteriormente, desenvolvemos um modelo de lesão por explosão tópica da orelha interna em ratos e camundongos usando uma onda de choque induzida por laser (LISW)14,15. Este método pode ser realizado com segurança e facilidade em nível laboratorial padrão e tem sido usado para gerar modelos de lesões pulmonares e por explosão craniana16,17. A energia do LISW pode ser ajustada alterando o tipo e a potência do laser, permitindo o controle sobre o grau de dano coclear. O modelo de lesão coclear induzida por LISW é valioso para estudar os mecanismos de PASN causados por lesões por explosão e investigar possíveis tratamentos. Neste estudo, descrevemos protocolos experimentais detalhados para criar um modelo de camundongo de dano coclear induzido por explosão usando LISW e demonstramos a degeneração coclear, incluindo a perda de células ciliadas (HCs), sinapses cocleares e neurônios ganglionares espirais (SGNs), de maneira dependente de energia em camundongos após a exposição ao LISW.
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Todos os procedimentos experimentais foram aprovados pelo Comitê Institucional de Cuidados e Uso de Animais da Faculdade de Medicina de Defesa Nacional (aprovação # 18050) e realizados de acordo com as diretrizes dos Institutos Nacionais de Saúde e do Ministério da Educação, Cultura, Esportes, Ciência e Tecnologia do Japão. Todos os esforços foram feitos para minimizar o número de animais e seu sofrimento.
1. Animais
2. Configurações experimentais de exposição LISW
3. Teste de função coclear
NOTA: Os testes de potencial evocado auditivo de tronco encefálico (PEATE) foram realizados conforme relatado anteriormente14,15.
4. Avaliação histológica
NOTA: A avaliação histológica foi realizada conforme descrito anteriormente 14,15.
5. Análise estatística
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Forma de onda LISW
A reprodutibilidade da forma de onda de pressão LISW foi medida 5x a 2,0 J/cm2 da seguinte forma. As formas de onda foram geralmente semelhantes e estáveis e mostraram um aumento acentuado com largura de tempo, pressão de pico e impulso de 0,43±0,4 μs, 92,1 ± 6,8 MPa e 14,1 ± 1,9 Pa∙s (mediana ± DP), o que corresponde às características do SW (Figura 1B). Os LISWs são caracterizados por um tempo ...
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Este estudo teve como objetivo validar um modelo de camundongo de dano coclear induzido por blasto usando LISW. Nossos achados demonstraram que, após a aplicação do LISW através do osso temporal, a orelha dos camundongos expostos exibiu um declínio patológico e fisiológico consistente na cóclea, que foi acompanhado por um aumento na sobrepressão do LISW. Esses resultados indicam que este modelo de camundongo é apropriado para replicar várias patologias cocleares, ajustando a s...
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Os autores declaram não ter conflitos de interesse.
Este trabalho foi apoiado por duas bolsas da JSPS KAKENHI (Grant Numbers 21K09573 (K.M.) e 23K15901 (T.K.)).
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| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| 532 nm Q-switched Nd:YAG laser | Quantel | Brilliant b | |
| ABR peak analysis software | Mass Eye and Ear | N/A | EPL Cochlear Function Test Suite |
| Acrylic resin welding adhesive | Acrysunday Co., Ltd | N/A | |
| confocal fluorescence microscopy | Leica | TCS SP8 | |
| cryosectioning compound | Sakura | Tissue-Tek O.C.T | |
| CtBP2 antibody | BD Transduction | #612044 | |
| Dielectric multilayer mirrors | SIGMAKOKI CO.,LTD | TFMHP-50C08-532 | M1-M3 |
| Digital oscilloscope | Tektronix | DPO4104B | |
| Earphone | CUI | CDMG15008-03A | |
| Hydrophone | RP acoustics e.K. | FOPH2000 | |
| Image J software plug-in | NIH | measurement line | https://myfiles.meei.harvard.edu/xythoswfs/webui/_xy-e693768_1-t_wC4oKeBD |
| Light microscope | Keyence Corporation | BZ-X700 | |
| Myosin 7A antibody | Proteus Biosciences | #25–6790 | |
| Neurofilament antibody | Sigma | #AB5539 | |
| Plano-convex lens | SIGMAKOKI CO.,LTD | SLSQ-30-200PM | |
| Prism software | GraphPad | N/A | ver.8.2.1 |
| Scanning electron microscope | JEOL Ltd | JSM-6340F | |
| Small digital endoscope | AVS Co. Ltd | AE-C1 | |
| Ultrasonic jelly | Hitachi Aloka Medical | N/A | |
| Variable attenuator | Showa Optronics Co. | N/A | Currenly avaiable successor: KYOCERA SOC Corporation, RWH-532HP II |
| Water-soluble encapsulant | Dako | #S1964 |
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