Antioxidant treatment with coenzyme Q-ter in prevention of gentamycin ototoxicity in an animal model
Il trattamento antiossidante con coenzima Q-ter previene il danno ototossico da gentamicina nel modello animale
A.R. Fetoni, S.L.M. Eramo1, R. Rolesi, D. Troiani1, G. Paludetti
Institute of Otolaryngology and 1 Human Physiology, Catholic University of Rome, Italy
Summary
Aminoglycosides, such as gentamycin, are well known ototoxic agents. Toxicity occurs via an activation process involving the formation of an iron-gentamycin complex with free radical production. Antioxidants like Q-ter (a soluble formulation of coenzyme Q10, CoQ10), can limit or prevent cellular ototoxic damage. The present study was designed to investigate the possible protective effects of Q-ter on gentamycin ototoxicity in albino guinea pigs (250-300 g). Animals were divided into five experimental groups: I, a sham control group given an intra-peritoneal (I.P.) injection of 0.5 ml saline (SHAM); II, gentamycin group (GM), treated with an injection of gentamycin (100 mg/ kg); II, gentamycin + Q-ter group (GM+Q-ter), treated with gentamycin (same dose as group II) and an I.P. injection of coenzyme Q10 terclatrate (Q-ter) at 100 mg/kg body weight; IV, injected with gentamycin (100 mg/kg) plus saline; V, treated with Q-ter alone (100 mg/ kg). All animals were treated for 14 consecutive days. Auditory function was evaluated by recording auditory brainstem responses (ABR) at 15 and 30 days from the beginning of treatment. Morphological changes were analyzed by rhodamine-phalloidine staining. Gentamycininduced progressive high-frequency hearing loss of 45-55 dB SPL. Q-ter therapy slowed and attenuated the progression of hearing loss, yielding a threshold shift of 20 dB. The significant loss of outer hair cells (OHCs) in the cochlear medio-basal turn in gentamycin-treated animals was not observed in the cochleae of animals protected with Q-ter. This study supports the hypothesis that Q-ter interferes with gentamycin-induced free radical formation, and suggests that it may be useful in protecting OHC function from aminoglycoside ototoxicity, thus reducing hearing loss.
Riassunto
È ben noto che gli antibiotici aminoglicosidi, tra cui la gentamicina, hanno una spiccata ototossicità che si verifica attraverso il legame ferro- gentamicina con l’attivazione di una cascata intracellulare e mitocondriale che porta alla produzione di radicali liberi. Gli antiossidanti come il Q-ter (forma idrosolubile del coenzima Q10), potrebbero limitare o prevenire il danno ototossico. Questo studio ha come obiettivo quello di indagare il possibile ruolo protettivo del Q-ter sull’ototossicità indotta da gentamicina. Come modello sperimentale sono state impiegate cavie albine di peso compreso tra 250-300 g. Gli animali sono stati divisi in modo casuale in cinque gruppi: gruppo I (Sham, controllo), animali trattati con una dose di soluzione fisiologia 0,5 ml somministrata per via intraperitoneale (I.P.): gruppo II GM, animali trattati con gentamicina (GM) somministrata con una iniezione intramuscolare (IM) ad una dose di 100 mg/kg; gruppo III GM+Q-ter, animali trattati con gentamicina (IM100 mg/kg) + Coenzima Q10 Terclatrato (Q-ter) ad una dose di 100 mg/kg I.P.; gruppo IV (controllo farmaco), animali trattati con gentamicina IM+ la soluzione fisiologia I.P.; gruppo V (controllo antiossidante), animali trattati con il solo Q-ter 100 mg/kg I.P. Tutti gli animali sono stati trattati per 14 giorni consecutivi. La funzione uditiva è stata valutata mediante la registrazione dei potenziali evocati uditivi del tronco dell’encefalo (ABR) a 15 e 30 giorni dall’inizio del trattamento. La tecnica di marcatura con Rodamina-Falloidina è stata impiegata per studiare le modificazioni morfologiche delle cellule. La gentamicina induce un innalzamento di soglia uditiva di circa 45-55 dB nel range delle alte frequenze che il trattamento con il Q-ter attenua di circa 20 dB. Inoltre, negli animali trattati con gentamicina si osserva, dopo 30 giorni dal trattamento, una perdita di cellule ciliate esterne che procede dalla prima alla terza fila; la prevenzione farmacologica con Q-ter previene in modo significativo la morte cellulare nel giro mediobasale della coclea. Questo studio dimostra l’ipotesi secondo cui il Q-ter è in grado di prevenire la formazione di radicali liberi indotta da gentamicina proteggendo, in questo modo, le cellule ciliate esterne dall’ototossicità indotta da amminoglicosidici e riducendone così la perdita uditiva.