Estudi d’un Model d’Exposició Subcrònica a IDPN en la Rata: Patologia Vestibular i Reparació

Abstract

La pèrdua de funció del sistema vestibular causa vertigen, pèrdua d’equilibri i pèrdua de mirada fixa durant el moviment, sovint acompanyats de marejos i nàusees. Els trastorns de l’equilibri són comuns a les persones grans i alteren el seu patró de marxa, sent un important factor de risc per a les caigudes. En els éssers humans, una de les causes de pèrdua de funció vestibular és la toxicitat d’alguns fàrmacs, com antibiòtics aminoglicòsids, medicaments antipalúdics, diürètics de nansa, agents quimioterapèutics com el cisplatí, així com una sèrie de productes químics d’exposició laboral. La diana principal de la toxicitat són les cèl·lules ciliades.

Estudis d’exposició aguda en animals han demostrat clarament que els components ototòxics poden causar discapacitat permanent perquè causen la degeneració de moltes o totes les cèl·lules ciliades. Aquestes cèl·lules no poden regenerar o ho poden fer de manera limitada en algunes espècies de mamífers com el conill d’Índies i la xinxilla i en qualsevol cas la recuperació funcional és limitada o nul·la. En peixos, amfibis i ocells les cèl·lules ciliades es produeixen i es poden regenerar al llarg de tota la vida. Les noves cèl·lules ciliades procedeixen de les cèl·lules de suport seguides de dos possibles mecanismes: mitosis o transdiferenciació.

Aquestes evidències d’estudis experimentals no serveixen per explicar la recuperació funcional que té lloc en els humans després de la interrupció de l’exposició crònica ototòxica. Quan en pacients a qui s’ha diagnosticat ototoxicitat es para el tractament, els resultats són molt variables: des de la persistència completa dels símptomes fins una recuperació incompleta o completa. Encara que la recuperació comportamental es pot explicar en part per fenòmens de compensació al sistema nerviós central, es coneix molt poc sobre els mecanismes cel·lulars i moleculars involucrats en el dany vestibular crònic i la seva possible recuperació, així como la seva rellevància a nivell comportamental.

Per a estudiar els processos involucrats en el dany i reparació vestibulars associats amb la ototoxicitat crònica i la subsegüent recuperació, es van exposar rates Long Evans mascles a IDPN (3,3’-iminodipropionitrilo) via l’agua de beguda durant vàries setmanes i es van avaluar al final del període d’exposició i al final d’un període de recuperació.

Per a identificar les etapes de dany que són susceptibles de reparació i que poden ser la base de la recuperació funcional, es van examinar les característiques ultraestructurals de les crestes i els utricles. La intoxicació crònica per IDPN provoca pèrdua de les cèl·lules ciliades per extrusió. Per a revelar més característiques ultraestructurals del dany ototòxic i la seva posterior recuperació, així com dels efectes ciliars, es van examinar les crestes per microscòpia electrònica de transmissió.

Per a caracteritzar la dinàmica del dany aferent i del procés de reparació, es van estudiar mitjançant immunohistoquímica i microscòpia de fluorescència confocal l’expressió de proteïnes prèviament identificades en el contacte entre el calze aferent i la cèl·lula ciliada de tipus I. El següent pas va ser estudiar que passava amb les cintes de les sinapsis aferents de les cèl·lules ciliades de tipus I i de tipus II. El model d’ototoxicitat crònica induït per IDPN a l’aigua de beguda, causa retracció i fragmentació del calze aferent abans que tingui lloc la mort de les cèl·lules ciliades per extrusió. En aquest treball es presenten les evidències que el desmantellament de les unions septades és un procés anterior al dany aferent durant la ototoxicitat crònica i que l’extensa reparació de les unions septades i del calze aferent són possibles després d’aturar-se l’agressió.

Acute toxic insults to the mammalian vestibular system cause loss of the sensory hair cells and subsequent loss of equilibrium. In animal models, many studies have demonstrated apoptosis, sometimes necrosis, of the hair cells. In most mammalian species the functional loss is permanent because the hair cells do not regenerate. Human vestibular dysfunction most commonly arises progressively as a result of chronic exposure to ototoxic compounds such as the aminoglycoside antibiotics. If the exposure is discontinued, a highly variable degree of recovery is observed, being either complete, only partial, or minimal with persistent dysfunction. The cellular and molecular bases of the vestibular dysfunction associated with chronic toxicity and of its remarkable variability in the degree of recovery are not established. One reason for this limited knowledge is the scarcity of animal studies of chronic vestibular toxicity, owing to, at least in part, the resiliency of rats and mice to aminoglycoside ototoxicity. Ototoxic nitriles offer an alternative model to study vestibular toxicity in these species. A particularly dependable model is the one of chronic drinking water exposure of rats to 3,3’-iminodipropionitrile (IDPN). We have established a protocol to study the vestibular sensory epithelia simultaneously by scanning electron microscopy, transmission electron microscopy and confocal immunofluorescence microscopy in rats previously assessed for vestibular dysfunction during chronic ototoxic exposure followed by variable times of recovery. This allows identifying the structural and molecular events associated with the loss and recovery of vestibular function. Initial data indicate that a deep but fully reversible functional loss is associated with synaptic and afferent damage and intact ciliary structure. With continued IDPN exposure, hair cell damage and more persistent functional are observed. We hypothesize that similar events occur in humans and are relevant to chronic damage, including that associated with age.