Introduction: Currently, glucocorticoids are commonly used as treatment for a multitude of inner ear disorders. Large animal models with human-like inner ear dimensions can provide valuable insights into intracochlear pharmacokinetics, deepening our understanding of how drugs propagate within the cochlea. In a translational research approach, we topically applied dexamethasone (DEX) to the middle and inner ears of piglets and analyzed its distribution in the porcine cochlea.

Material and Methods: Intratympanic (IT) injections of up to 250µl of DEX-P in its liquid form [4mg/ml] or bound to a thermoreversible hydrogel [6% DEX] were carried out in piglets. For direct intracochlear drug delivery, a novel inner ear catheter [40µl DEX-P] was utilized. Subsequently, apical scala tympani perilymph sampling at different time points after application determined the intracochlear DEX-distribution using high-performance liquid chromatography.

Results: Overall DEX-concentrations after 2 hours were significantly elevated using the inner ear catheter for drug delivery as opposed to intratympanic injections using the hydrogel (p≤0.0001). The lowest concentrations after 2 hours were measured after administration of fluid DEX-P via an intratympanic injection (p≤0.000.1). After 24 hours, the hydrogel-IT group displayed reduced DEX concentrations in comparison to the sampling conducted after 2 hours (p≤0.0001).

Conclusion: Our work presents the first data on glucocorticoid distribution in the inner ear of a large animal model. The similarity of the porcine cochlea to the human inner ear with respect to spatial dimension supports the clinical translation of our findings and can lay the foundation on how the treatment of inner ear disorders can be optimized in the future.

Einleitung: Glukokortikoide gelten als Goldstandard bei der Therapie verschiedener Innenohrerkrankungen. Großtiermodelle mit menschenähnlichen Innenohrdimensionen können dabei einen wichtigen Beitrag leisten, die Verteilungskinetik zuvor applizierter Wirkstoffe zu untersuchen. In einem translationalen Ansatz wurde Dexamethason (DEX) lokal verabreicht und dessen intracochleäres Verteilungsmuster zu unterschiedlichen Zeitpunkten nach Applikation analysiert.

Material und Methoden: Bis zu 250µl flüssiges Dexamethason-Phosphat (DEX-P) bzw. in einem thermoreversiblen Hydrogel gebundenes DEX wurde Ferkeln intratympanal appliziert. Die intracochleäre Applikation von 40 µl DEX-P wurde über einen neuartigen Innenohrkatheter durchgeführt. Im Anschluss erfolgte die Analyse der DEX-Konzentrationen zu unterschiedlichen Zeitpunkten durch apikales Perilymph-Sampling.

Ergebnisse: Im Vergleich zur intratympanalen Applikation mittels Hydrogel waren die DEX-Konzentration nach Einsatz des Innenohrkatheters signifikant erhöht (p≤0.0001). Die niedrigsten intracochleären Konzentrationen wurden 2 Stunden nach intratympanaler Applikation von flüssigem DEX-P festgestellt (p≤0.000.1). 24 Stunden nach Applikation zeigte die Hydrogel-Gruppe verminderte DEX- Konzentrationen im Vergleich zu den nach 2 Stunden gemessenen Werten (p≤0.0001).

Schlussfolgerung: Die vorliegende Arbeit liefert erstmals Erkenntnisse über Absorption und Distribution von lokal appliziertem Dexamethason in einem Großtiermodell. Die Ähnlichkeit der Schweine-Cochlea zu jener des Menschen hinsichtlich Größe und Volumen erleichert die klinische Umsetzung unserer Ergebisse und kann die Grundlage dafür legen, die Behandlung von Innenohrerkrankungen in Zukunft zu optimieren.

Die vorliegende Studie wurde in Zusammenarbeit mit der Firma MED-EL durchgeführt.