Estudio de la farmacocinética coclear por medio de la liberación de fármaco a través de un implante coclear en un modelo experimental animal: Macaca fascicularis

En la actualidad, el implante coclear (IC) es uno de los dispositivos más empleados en el tratamiento de la hipoacusia neurosensorial de grado severo-profundo. A pesar de las mejoras en la técnica quirúrgica y en las guías de electrodos empleadas, su colocación genera un daño al oído interno, así como un ambiente proinflamatorio que favorece el aumento de las impedancias eléctricas y el empeoramiento de los niveles auditivos postoperatorios. La reciente experimentación en animales demuestra que la administración de corticoides a nivel intracoclear disminuiría la formación de la capa fibrótica en torno al electrodo tras la implantación, obteniéndose un mayor rendimiento del IC. Dado que la cóclea es un órgano relativamente aislado en el organismo, la administración sistémica de fármacos para el tratamiento de patologías auditivas no ha tenido hasta ahora resultados satisfactorios. A su vez, los tratamientos intratimpánicos presentan un efecto terapéutico limitado a largo plazo. Por esta razón, en las últimas décadas se ha estudiado la posibilidad de emplear un tratamiento basado en la asociación de un IC con fármacos o terapia génica. Para ello, se desarrolló un nuevo dispositivo de IC que cuenta con una bomba de liberación asociada a una cánula, que permitiría tratar las pérdidas de audición por medio de un abordaje combinado de terapia farmacológica y estimulación eléctrica. Sin embargo, a día de hoy aún no se conoce del todo la farmacocinética de los líquidos cocleares. El adecuado conocimiento del comportamiento y distribución de los fármacos en el oído interno permitiría conocer la repercusión exacta que su administración supondría, asegurando un tratamiento a largo plazo, un control eficaz de la dosis y la posibilidad de emplear distintos fármacos. Dados los satisfactorios hallazgos obtenidos en otros animales de experimentación y los estudios recientes que demuestran la similitud existente, tanto a nivel anatómico como fisiológico, entre los primates y el ser humano, el traslado a la experimentación en Macaca fascicularis (Mf) permitiría la futura extrapolación de los resultados obtenidos al ser humano, con el fin de conocer a fondo las características farmacocinéticas de la cóclea humana planteando así dosis y terapias útiles y con menores efectos secundarios en el tratamiento de las distintas patologías auditivas. Así, el objetivo fundamental de esta tesis doctoral es establecer la dinámica de fluidos existente a nivel coclear en un modelo experimental animal: Mf, demostrando la existencia de un flujo en dirección apical, favorecido por distintos factores intracocleares e igualmente condicionado por los mismos. Este estudio se llevó a cabo siguiendo los principios básicos que rigen la farmacocinética: el esquema LADME (Liberación, Absorción, Distribución, Metabolismo y Eliminación). Se realizó un estudio prospectivo, longitudinal, experimental y comparativo entre un total de 15 Mf a los que se les implantó un dispositivo preclínico, CI Electrode Array HL14DD, manufacturado por la compañía Cochlear Ltd., asociado a una bomba de liberación cargada con Isotiocinato de fluoresceína, asociado a dextrano (FITC-Dextran). Se crearon 3 grupos (5 Mf en cada uno), en función del tiempo de liberación programado: Grupo 2 horas, Grupo 24 horas y Grupo 7 días. Se tomaron muestras de perilinfa (10 muestras, de 1 µL cada una) del ápex coclear y se analizaron inmediatamente después por medio de un espectrofluorímetro. Tras la eutanasia del animal, se realizó un análisis histológico detallado del hueso temporal implantado. Los resultados obtenidos fueron analizados, interpretados y comparados entre sí, así como con los hallazgos evidenciados en otros animales de experimentación, en estudios previos. Estos resultados apoyan la viabilidad del Mf como modelo para el estudio de la farmacocinética del oído interno, con la existencia de un flujo coclear en el Mf, en dirección apical, así como la necesidad de un tiempo de infusión de entre 2 y 24 horas para alcanzar concentraciones máximas en el ápex. Pasado este tiempo, una vez transcurrido al menos un periodo de liberación de sustancia comprendido entre 24 horas y 7 días, las concentraciones tienden a disminuir, correspondiéndose con el inicio del periodo de “lavado” de la sustancia administrada a nivel intracoclear. También se sugiere que las variaciones anatómicas del Mf y la existencia de posibles reservorios generados como consecuencia de las comunicaciones existentes entre la escala timpánica, y los espacios extracelulares (espacio modiolar, seno endolinfático) pueden jugar un papel importante en el mantenimiento de las concentraciones a lo largo de la toma de muestras. Los importantes avances en las técnicas de imagen, así como los buenos resultados obtenidos en este estudio, promueven nuevas vías de investigación, aplicando estos hallazgos a otras regiones del oído interno. Técnicas mínimamente invasivas de abordaje al laberinto posterior permitirían no sólo ampliar el conocimiento en la administración local de fármacos, directamente a nivel del oído interno, sino también establecer nuevos tratamientos que permitiesen un abordaje completo del conjunto de patologías que pueden comprometer la adecuada funcionalidad de este órgano de los sentidos, tanto a nivel auditivo como vestibular.At present, the cochlear implant (CI) is one of the most widely used devices to treat severe-to-profound sensorineural hearing loss. Despite improvements in surgical technique and electrode arrays, its placement leads to damage to the inner ear, as well as a pro-inflammatory environment that favours increased electrical impedances and worsens postoperative hearing outcomes. Recent animal experimentation reveals that intracochlear corticosteroid administration would decrease the formation of the fibrotic layer around the electrode post-implantation, which would enhance CI performance. Given that the cochlea is a relatively isolated organ in the body, systemic administration of drugs to treat auditory impairment has failed to yield satisfactory results thus far. Furthermore, intratympanic treatments have a limited long-term therapeutic eect. Therefore, the possibility of using a treatment based on the association of a CI with drugs or gene therapy has been explored in recent decades. To this end, a new CI device with a cannula-associated delivery pump was developed that would make it possible to treat hearing loss through a combined approach of drug therapy and electrical stimulation. However, the pharmacokinetics of cochlear fluids have yet to be fully understood. A suitable knowledge of drug behaviour and distribution within the inner ear would provide insight into the precise impact of drug administration, ensuring long-term treatment, eective dosage control, and the possibility of using a variety of drugs. Given the satisfactory findings in other experimental animals and the recent studies that demonstrate the anatomical and physiological similarity between primates and humans, the translation to experimentation in Macaca fascicularis (Mf) would enable the results obtained in the future to be extrapolated to humans, with the aim of gaining in-depth knowledge regarding the pharmacokinetic characteristics of the human cochlea, thereby establishing useful doses and therapies with fewer side eects to treat dierent auditory pathologies. Thus, the main objective of this doctoral thesis is to establish the existing fluid dynamics of the cochlea in an experimental animal model: Mf, evidencing the existence of a flow in the apical direction, assisted by dierent intracochlear factors and also conditioned by them. This study was conducted according to the basic principles governing pharmacokinetics: the LADME (Liberation, Absorption, Distribution, Metabolism, and Elimination) scheme. A prospective, longitudinal, experimental and comparative study was performed in a total of 15 Mf implanted with a preclinical device, CI Electrode Array HL14DD, manufactured by Cochlear Ltd., associated with a release pump loaded with fluorescein isothiocynate, associated with dextran (FITC-Dextran). Three groups (5 Mf each) were formed based on the scheduled release time: Group 2 hours, Group 24 hours and Group 7 days. Perilymph samples (10 samples, 1 µL each) were taken from the cochlear apex and analysed immediately afterwards by spectrofluorimeter. After euthanasia of the animal, a detailed histological analysis of the implanted temporal bone was conducted. The results were analysed, interpreted, and compared with each other, as well as with findings from previous studies in other experimental animals. These results support the viability of the Mf as a model to study inner ear pharmacokinetics, with a cochlear flow in the Mf towards the apex, as well as the need for an infusion time of between 2 and 24 hours to attain peak concentrations in the apex. Then, after a period of at least 24 hours to 7 days of substance release, concentrations tend to decrease, corresponding to the beginning of the “washout” period of the substance administered intracochlearly. Furthermore, it is suggested that the anatomical variations in Mf and the existence of possible reservoirs generated as a result of communications between the scala tympani and the extracellular spaces (modiolar space, endolymphatic sinus) could play an important role in maintaining concentrations throughout the sampling period. Major inroads into imaging techniques, as well as the encouraging results obtained in this study, promote new avenues of research, applying these findings to other regions of the inner ear. Minimally invasive techniques to approach the posterior labyrinth would not only enable us to broaden our knowledge regarding local delivery of drugs directly to the inner ear, but also to establish new treatments that would provide a comprehensive approach to the range of conditions that can compromise the proper functioning of this sensory organ, both at the auditory and vestibular levels