Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
В данной статье мы описываем экспериментальные протоколы создания животной модели взрывоиндуцированного повреждения улитки с использованием лазерно-индуцированной ударной волны (LISW). Воздействие LISW на височную кость позволяет воспроизвести бласт-индуцированную патофизиологию улитки. Эта животная модель может стать платформой для выяснения патологии улитки и изучения потенциальных методов лечения взрывных травм.
Ухо является органом, наиболее восприимчивым к избыточному давлению при взрыве, и травмы улитки часто возникают после воздействия взрыва. Взрывное воздействие может привести к сенсоневральной тугоухости (SNHL), которая представляет собой необратимую потерю слуха, негативно влияющую на качество жизни. Ранее были задокументированы детальные бласт-индуцированные кохлеарные патологии, такие как потеря волосковых клеток, спиральных ганглиозных нейронов, синапсов улитки и нарушение стереоцилии. Тем не менее, определение ухудшения состояния кохлеарной сенсоневральной оболочки после взрывной травмы является сложной задачей, поскольку у животных, подвергшихся воздействию избыточного давления взрывной волны, обычно наблюдается перфорация барабанной перепонки (TMP), которая вызывает сопутствующую кондуктивную тугоухость. Чтобы оценить чисто сенсоневральную кохлеарную дисфункцию, мы разработали экспериментальную модель травмы улитки, вызванной взрывом, на животных с использованием ударной волны, вызванной лазером. Этот метод позволяет избежать ТМП и сопутствующих системных повреждений и воспроизводит функциональное снижение компонента SNHL энергетически зависимым образом после воздействия LISW. Эта животная модель может стать платформой для выяснения патологических механизмов и изучения потенциальных методов лечения взрывной дисфункции улитки.
Потеря слуха и шум в ушах являются одними из наиболее распространенных видов инвалидности, о которых сообщается у 62% ветеранов1. Сообщалось о нескольких слуховых осложнениях, вызванных взрывом, включая сенсоневральную тугоухость (SNHL) и перфорацию барабанной перепонки (TMP), у лиц, подвергшихся воздействию взрывного избыточного давления2. Более того, исследования на людях, подвергшихся воздействию взрывной волны, показывают, что воздействие взрыва часто приводит к дефектам слухового временного разрешения, даже когда пороги слышимости находятся в пределах нормы, что известно как «скрытая потеря слуха (HHL)»3. Хорошо известно, что при бласт-ассоциированной патологии улитки происходит значительная потеря кохлеарных синапсов между внутренними волосковыми клетками (ИГХ) и слуховыми нейронами (АН)4. Синаптическая дегенерация приводит к нарушению слуховой обработки и является основным фактором, способствующим развитию HHL5. Таким образом, органы слуха являются хрупкими компонентами, содержащими сложные и высокоорганизованные структуры. Однако точный механизм, с помощью которого взрывные волны воздействуют на внутреннее ухо на клеточном уровне, остается неясным. Это связано с трудностями в воспроизведении точных клинических и механических сложностей взрывных травм в лабораторных условиях, а также со сложностью кохлеарных патологий, вызванных взрывом.
Основным компонентом взрывной травмы является ударная волна (SW), характеризующаяся быстрым и высоким повышением пиковогодавления6. Сложность взрывных травм была подробно изучена в многочисленных ретроспективных исследованиях 7,8,9. Существуют различные устройства для генерации взрыва, такие как сжатый газ10, ударные трубки11 и маломощные взрывчатые вещества12, при различных уровнях давления. Форма волны давления ПО, генерируемая недавно разработанными устройствами, очень напоминала форму реального взрыва. Важной концепцией в создании модели сенсоневральной тугоухости у животных является минимизация сопутствующих травм, отличных от повреждения слуха, для снижения смертности животных. Таким образом, были разработаны исследования взрывных травм, в которых ударные трубки были миниатюризированы, а выходная мощность может быть точно контролирована, чтобы животные, подвергшиеся воздействию, редко умирали. Однако, несмотря на то, что у этих животных моделей обычно развиваются осложнения, такие как ТМП, оценка функции улитки затруднена из-за сопутствующей кондуктивной тугоухости2. Ранее мы провели исследование травм от взрыва с использованием берушей на животных с использованием защитных ушей и не обнаружили случаев TMP13. Беруши могут частично ослаблять серьезное повреждение улитки, но не центральную слуховую нейродегенерацию или развитие тиннитуса. Таким образом, беруши защищают улитки, а также барабанную перепонку. Тем не менее, для изучения патофизиологии улитки, вызванной взрывными повреждениями, вызванными взрывными травмами, требуется животная модель чистого повреждения улитки без ТМП.
Ранее мы разработали модель топического взрывного повреждения внутреннего уха у крыс и мышей с использованием лазерно-индуцированной ударной волны (LISW)14,15. Этот метод может быть безопасно и легко выполнен на стандартном лабораторном уровне и использовался для создания моделей взрывных травм легких и головы16,17. Энергию LISW можно регулировать, изменяя тип и мощность лазера, что позволяет контролировать степень повреждения улитки. Модель LISW-индуцированной травмы улитки представляет ценность для изучения механизмов SNHL, вызванных взрывными травмами, и для изучения потенциальных методов лечения. В этом исследовании мы описываем подробные экспериментальные протоколы для создания мышиной модели бласт-индуцированного повреждения улитки с использованием LISW и демонстрируем дегенерацию улитки, включая потерю волосковых клеток (ГК), синапсов улитки и спиральных ганглиозных нейронов (SGN), энергетически зависимым образом у мышей после воздействия LISW.
Все экспериментальные процедуры были одобрены Комитетом по уходу за животными и их использованию Медицинского колледжа национальной обороны (одобрение #18050) и выполнены в соответствии с рекомендациями Национальных институтов здравоохранения и Министерства образования, культуры, спорта, науки и технологий Японии. Были приложены все усилия, чтобы свести к минимуму количество животных и их страдания.
1. Животные
2. Экспериментальные настройки экспозиции LISW
3. Тест кохлеарной функции
ПРИМЕЧАНИЕ: Тесты на слуховую реакцию ствола мозга (АБР) были выполнены, как сообщалось ранее14,15.
4. Гистологическое исследование
ПРИМЕЧАНИЕ: Гистологическое исследование проводили, как описано ранее14,15.
5. Статистический анализ
Форма волны LISW
Воспроизводимость формы сигнала давления LISW была измерена в 5 раз при 2,0 Дж/см2 следующим образом. Формы сигналов были в целом схожими и стабильными и демонстрировали резкое увеличение с временной широтой, пиковым давлением и импульсом 0,...
Это исследование было направлено на валидацию мышиной модели взрывного повреждения улитки с использованием LISW. Наши результаты показали, что после введения LISW через височную кость у подвергшихся воздействию уха мышей наблюдалось последовательное патологическое и ?...
Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.
Эта работа была поддержана двумя грантами от JSPS KAKENHI (номера грантов 21K09573 (K.M.) и 23K15901 (T.K.)).
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 |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены