Method Article
In dieser Arbeit beschreiben wir eine Technik zur Entnahme menschlicher vestibulärer Endorgane unter physiologischen Bedingungen während der Labyrinthektomie und deren Analyse mittels Immunfärbung.
Das lebende menschliche Innenohr ist schwierig zu untersuchen, da es von einem dichten otischen Kapselknochen umhüllt ist, der den Zugang zu biologischem Gewebe einschränkt. Traditionelle histopathologische Methoden des Schläfenknochens beruhen auf langwierigen, teuren Entkalkungsprotokollen, die 9-10 Monate dauern und die Art der Gewebeanalyse, die aufgrund des RNA-Abbaus möglich ist, reduzieren. Es besteht ein dringender Bedarf, Methoden für den Zugang zu frischem menschlichem Innenohrgewebe zu entwickeln, um otologische Erkrankungen wie Morbus Menière auf zellulärer und molekularer Ebene besser zu verstehen. In dieser Arbeit wird eine Technik zur Entnahme von humanen vestibulären Endorganen von einem lebenden Spender unter physiologischen Bedingungen beschrieben. Eine Person mit Morbus Menière und "Drops-Attacken", die auf intratympanale Gentamicin-Injektionen refraktär waren, wurde einer Labyrinthektomie unterzogen. Zunächst wurde eine traditionelle Mastoidektomie durchgeführt, bei der die horizontalen und oberen Bogengänge (SCC) identifiziert wurden. Die Mastoidhöhle wurde mit einer ausgewogenen Salzlösung gefüllt, so dass das Labyrinth unter physiologischeren Bedingungen geöffnet werden konnte, um die zelluläre Integrität zu erhalten. Zur Visualisierung der untergetauchten Mastoidhöhle wurde ein Null-Grad-Endoskop mit einem Spülsystem zur Linsenreinigung verwendet, und ein 2-mm-Diamantfräser wurde verwendet, um die horizontalen und oberen SCCs zu skelettieren und zu öffnen, gefolgt von der Apsis. Die Ampullen und ein Teil der Kanalgänge für die oberen und lateralen SCCs wurden entnommen. Der Utriculus wurde auf ähnliche Weise entnommen. Das entnommene Gewebe wurde sofort in einen eiskalten Puffer gelegt und dann eine Stunde lang in 4 % Paraformaldehyd in phosphatgepufferter Kochsalzlösung (PBS) fixiert. Das Gewebe wurde mehrmals in 1x PBS gespült und 48 h bei 4 °C gelagert. Die Gewebeproben wurden einer Immunfärbung mit einer Kombination von Primärantikörpern gegen Tenascin-C (Calyx), Oncomodulin (streoläre Haarzellen), Calretinin (Calyx und Typ II-Haarzellen), synaptischem Vesikelprotein 2 (efferente Fasern und Boutons), β-Tubulin 1 (Calyx und afferente Boutons) unterzogen, gefolgt von einer Inkubation mit Fluorophor-konjugierten Sekundärantikörpern. Die Gewebeproben wurden dann gespült und für die konfokalmikroskopische Untersuchung montiert. Die Bilder zeigten das Vorhandensein von Ampullen- und Makulahaarzellen und neuronalen Strukturen. Dieses Protokoll zeigt, dass es möglich ist, intaktes, hochwertiges menschliches Innenohrgewebe von lebenden Spendern zu gewinnen, und kann ein wichtiges Werkzeug für die Erforschung otologischer Erkrankungen darstellen.
Das lebende menschliche Innenohr ist aufgrund seiner Lage innerhalb des dichten otischen Kapselknochens des Schläfenbeins schwierig zu untersuchen. Infolgedessen war der Zugang zum menschlichen Gewebe begrenzt, und die Forscher haben sich hauptsächlich auf die postmortale Gewebeentnahme verlassen. Die postmortale Histopathologie des Schläfenknochens (TBH) ist seit über 100 Jahren ein wichtiges Instrument für das Verständnis otologischer Erkrankungen des Menschen 1,2,3. Das Gewebe für TBH wird durch die postmortale Entnahme des Schläfenknochens, einen langwierigen (9-10 Monate) Entkalkungs- und Gewebevorbereitungsprozess vorbereitet, gefolgt von Hämatoxylin- und Eosin-Färbung. Während TBH ein wesentliches Werkzeug bleiben wird, um neue Informationen über das gesunde und kranke menschliche Innenohr zu gewinnen, schränken lange Obduktionszeiten und lange und harte Gewebeverarbeitungsmethoden ihren Nutzen für bestimmte Zwecke ein, so dass zusätzliche Methoden zur Untersuchung des menschlichen Innenohrgewebes erforderlich sind. Die hochauflösende Magnetresonanztomographie kann die Organe des Innenohrs sichtbar machen, verfügt jedoch nicht über eine ausreichende Auflösung, um Strukturen auf zellulärer oder molekularer Ebene zu betrachten 4,5. Aufgrund dieser Herausforderungen sind viele Erkrankungen des menschlichen Innenohrs nach wie vor wenig verstanden.
Ein alternativer Ansatz ist die Entnahme von Innenohrgewebe während der Operation. Bei der Labyrinthektomie oder der translabyrinthinen Resektion des Vestibularisschwannoms wird das Innenohrgewebe absichtlich geopfert. Utrikel, die von Patienten während der translabyrinthischen Resektion des vestibulären Schwannoms entnommen wurden, wurden verwendet, um die Morphologie der vestibulären Haarzellenzu charakterisieren 6,7,8 und die Regeneration der Haarzellen zu untersuchen 9,10. In jüngerer Zeit wurden Techniken entwickelt, um Innenohrorgane von Organspendern unter Verwendung eines transkanalischen Ansatzes zu gewinnen, der verwendet werden kann, um den Utriculus und möglicherweise andere vestibuläre Endorgane durch ein verbreitertes ovales Fenster mit minimalem Gewebetrauma zu entfernen11,12. Mit dieser Technik war es möglich, einzelzelluläre Transkriptomprofile für den menschlichen Utriculus zu charakterisieren13. Diese Techniken setzen die Innenohrorgane während der Ernte jedoch unphysiologischen Bedingungen aus. Insbesondere können Innenohrorgane dem Fehlen von perilymphatischer Flüssigkeit und dem Eintauchen in normale Salzbohrerspülungen ausgesetzt sein, die eine wesentlich andere Ionenzusammensetzung als perilymphatische Flüssigkeit aufweisen. Darüber hinaus ist das dehydrierte membranöse Labyrinth selbst bei maximaler Vergrößerung des Operationsmikroskops schwer zu visualisieren, was eine atraumatische chirurgische Dissektion zu einer Herausforderung macht. Mechanische Traumata können das Gewebe weiter schädigen, und unsere anekdotischen Erfahrungen deuten darauf hin, dass chirurgisches Gewebe aufgrund mechanischer Schädigung und zellulärer Degeneration oft von unzureichender Qualität der Immunfärbung ist. Es besteht ein Bedarf an neuen Techniken zur atraumatischen Entnahme von menschlichem Innenohrgewebe für biologische Studien, die schlecht verstandene menschliche Innenohrerkrankungen aufklären können. Hier beschreiben wir eine Unterwassertechnik zur Entnahme menschlicher vestibulärer Endorgane unter physiologischeren Bedingungen während der Labyrinthektomie und deren Analyse mittels Immunfärbung.
Dieses Protokoll wurde mit Genehmigung des Institutional Review Board (IRB) der Johns Hopkins University School of Medicine (IRB00203441) und gemäß den institutionellen Richtlinien für die Verwendung von menschlichem Gewebe und potenziell infektiösem Material entwickelt. Die Gewebeentnahme wurde während der Labyrinthektomie durchgeführt, die Teil der klinischen Standardversorgung bei der widerspenstigen Menière-Krankheit mit Fallattacken ist.
1. Labyrinthektomie und Gewebeentnahme
2. Immunhistochemie und Bildgebung
Mit dieser Technik wurden der humane Utriculus sowie die Ampullen des lateralen und oberen Kanals intakt und mit minimalem Trauma entnommen (Abbildung 2). Wie in Abbildung 2 zu sehen ist, können die Ampullen mit einem erheblichen Teil des Membranleiters entnommen werden. Die Immunfluoreszenzmarkierung mit Anti-Tenascin-C (extrazelluläres Matrixprotein) und Anti-Oncomodulin (kleines Calcium-bindendes Protein der Parvalbumin-Proteinfamilie) zeigte intakte vestibuläre Haarzellen vom Typ 1 (Abbildung 3). Die Dichte der Haarzellen betrug 82 pro 10.000 μm2. Diese Ergebnisse zeigen die Nützlichkeit dieser Technik für die Entnahme von menschlichem Innenohrgewebe mit minimalem Trauma für das Neuroepithel.
Abbildung 1: Illustration des chirurgischen Aufbaus. Illustration des chirurgischen Aufbaus: Die linke Mastoidhöhle ist mit dem lateralen, oberen und hinteren Bogengang dargestellt. Die Mastoidhöhle wird in eine ausgewogene Salzlösung getaucht und ein Null-Grad-Endoskop wird verwendet, um die Mastoidhöhle zu visualisieren, während ein Diamantbohrer verwendet wird, um das Labyrinth zu öffnen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 2: Membranöses Labyrinth. Die entnommenen (A) humanen Utricula und lateralen und (B) Ampullen des oberen Kanals unter einem Lichtstereomikroskop bei 5-facher Vergrößerung. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 3: Utriculus. Projektionen der Immunfluoreszenzmarkierung des menschlichen Utriculus bei 40-facher Vergrößerung, aufgenommen mit einem konfokalen Mikroskop. Kelch-Synapsenspalten sind mit Anti-Tenascin-C-Antikörpern markiert (grün). Vestibularzellen vom Typ 1 werden mit Anti-Oncomodulin (rot) gefärbt. Maßstab: 50 μm. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
In dieser Arbeit wird eine neue Technik zur Unterwasserentnahme von vestibulären Endorganen bei BSS mit Hilfe von Endoskopen und deren Analyse mittels Immunfluoreszenzbildgebung beschrieben. Hier zeigen wir die Gewinnung von intakten vestibulären Endorganen mit intakten vestibulären Haarzellen und ausreichender Gewebequalität für eine erfolgreiche Immunmarkierung. Die Haarzelldichte in unserer Probe war ähnlich wie in anderen Studien von lebenden Organspendern13. Unseres Wissens ist dies der erste Bericht über eine Unterwassertechnik zur vestibulären Organentnahme, die es ermöglicht, nahezu physiologische Bedingungen aufrechtzuerhalten. Dabei handelte es sich um eine Adaption einer Unterwassertechnik zur überlegenen Reparatur der Dehiszenz des Bogengangs, die BSS verwendet, um physiologische Bedingungen aufrechtzuerhalten, während das Labyrinth zum Verstopfen geöffnet wird14,15.
Diese Arbeit baut auf früheren Techniken auf, die zur Entnahme von vestibulären Organen während der Labyrinthektomie oder der Resektion des vestibulären Schwannomsentwickelt wurden 6,7,8 und von lebenden Organspendern11,12. Die Unterwassertechnik lässt sich leicht an die Resektion des vestibulären Schwannoms anpassen, bei der das Labyrinth nach einer Mastoidektomie ebenfalls geöffnet wird. Die Entnahme vestibulärer Endorgane von lebenden Organspendern wurde in begrenztem Umfang und durch einen transkanalalen Ansatz durchgeführt12. Dieser transkanalale Ansatz beruht auf der Entfernung des Trommelfells und der Gehörknöchelchen und der Verbreiterung des ovalen Fensters vor der vestibulären Organentnahme. Die Gewebeentnahme von lebenden Organspendern erfordert die gleichzeitige Arbeit mit dem Team der Transplantationschirurgie in einem begrenzten Raum, der mit der Anästhesie am Kopfende des Patientenbettes geteilt wird. Es ist unwahrscheinlich, dass die hier vorgestellte Technik an die zeitlichen und räumlichen Beschränkungen der vestibulären Endorganentnahme während der Lebendorganspende angepasst werden kann. Diese Technik bietet jedoch den Vorteil, dass die Ampullen der Bogengänge leicht freigelegt und entnommen werden können, was durch das ovale Fenster nur schwer durchzuführen wäre.
Die Untersuchung des menschlichen Innenohrgewebes wird entscheidend für die Aufklärung der Pathophysiologie von Innenohrerkrankungen sein, von denen viele nach wie vor idiopathisch sind. So tritt beispielsweise die Menière-Krankheit häufig in otologischen Kliniken auf, ihre Ätiologie ist jedoch unbekannt, und es gibt keine bewährten Behandlungsoptionen16,17. Techniken wie die räumliche Transkriptomik und die Immunfluoreszenzbildgebung bieten eine spannende Möglichkeit, Licht in die Erforschung von Innenohrerkrankungen zu bringen, und werden bisher nur in begrenztem Umfang eingesetzt. Methoden zur Entnahme konservierter Innenohrorgane bieten die Möglichkeit, neuere molekulare Techniken einzusetzen und können eine sinnvolle Ergänzung zur Standard-TBH darstellen. Obwohl die hier beschriebene Methode bisher nur für die Immunfluoreszenzfärbung verwendet wurde, glauben wir, dass dieses Gewebe von ausreichender Qualität für die räumliche Transkriptomik wäre.
Die Haupteinschränkung dieses Protokolls besteht darin, dass es auf leicht verfügbares chirurgisches Material angewiesen ist. Die Labyrinthektomie ist derzeit eine selten eingesetzte Behandlung der Menière-Krankheit, und selbst stark frequentierte Überweisungszentren können nur einige dieser Eingriffe pro Jahr durchführen. Die Resektion des translabyrinthischen Vestibularisschwannoms wird häufiger durchgeführt; Diese Technik kann jedoch die Zeit zu einem bereits langwierigen Eingriff verlängern. Wir schätzen, dass das Eintauchen der Warzenhöhle und die Öffnung der Kanäle unter Wasser die Operation um etwa 30 Minuten verlängert. Darüber hinaus wurde noch keine Side-by-Side-Analyse durchgeführt, um die Qualität des mit dieser Technik gewonnenen Gewebes mit der Standard-vestibulären Organentnahme während der Labyrinthektomie oder der Resektion des vestibulären Schwannoms zu vergleichen, da es nicht möglich ist, eine solche Analyse mit Gewebe durchzuführen, das von einem Spender entnommen wurde. Weitere Forschung ist erforderlich, um den Einfluss der Bedingungen während der Organentnahme auf die Gewebequalität für die Mikroskopie und andere Techniken zu bestimmen.
Zusammenfassend beschreiben wir eine neue Technik für die Unterwasserentnahme von vestibulären Endorganen während der Labyrinthektomie und ihre Fähigkeit, qualitativ hochwertige Gewebeproben mit konservierten vestibulären Haarzellen und neuronalen Kontakten zu gewinnen. Diese Technik ermöglicht die Gewebeentnahme in einer Umgebung, die den normalen physiologischen Bedingungen so nahe wie möglich kommt, und kann ein nützliches Werkzeug für die Untersuchung des menschlichen Innenohrs sein.
Die Autoren haben nichts offenzulegen.
Wir danken Mohamed Lehar für seine Unterstützung bei diesem Projekt. Diese Arbeit wurde vom National Institute on Deafness and Other Communication Disorders (U24DC020850) unterstützt.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
10x Phosphate Buffered Saline Stock | Sigma-Aldrich | P5493 | |
32% Paraformaldehyde Stock Solution | ThermoFisher Scientific | 50-980-495 | |
Alexa Fluor 488 Anti-Rabbit Secondary Antibody | Jackson Immunoresearch | 111545144 | |
Alexa Fluor 568 Anti-Mouse Secondary Antibody | Jackson Immunoresearch | 115575146 | |
Alexa Fluor 647 Anti-Goat Secondary Antibody | Jackson Immunoresearch | 705607003 | |
Balanced Salt Solution | ThermoFisher Scientific | 14040117 | |
Bovine Serum Albumin | Sigma-Aldrich | 10711454001 | |
Confocal microscope | Nikon A1 | A1 | |
Cover glass (18 mm x 18 mm, thickness #1.5 ) | Corning | 2850-18 | |
Endo-Scrub 2 Lens Cleaning Sheath | Medtronic | IPCES2SYSKIT | |
Ethylenediaminetetraacetic (EDTA) Acid Solution | Sigma-Aldrich | E8008 | |
Goat Anti-oncomodulin Antibody | R&D Systems | AF6345 | |
Hopkins 0 Degree Telescope | Karl Storz | ||
Mouse Anti-calretinin Antibody | BD Biosciences | 610908 | |
ProLong Gold antifade reagent | Invitrogen | P10144 | |
Rabbit Anti-tenascin C Antibody | Millipore | AB19013 | |
Triton X-100 | Sigma-Aldrich | 9036-19-5 |
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