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Neuroscience

परिधीय तंत्रिका इंटरफेसिंग के लिए वायरलेस, बैटरी मुक्त सिस्टम का आरोपण और नियंत्रण

Published: October 20, 2021 doi: 10.3791/63085
Automatic Translation
1,2, 1, 3,4, 1, 3,4, 3, 3,4, 3,4,5,6, 7, 8, 3,4,6,9,10,11,12, 1,3,13
1Laboratory of Regenerative Rehabilitation, Shirley Ryan AbilityLab, Department of Physical Medicine and Rehabilitation, Northwestern University Feinberg School of Medicine, 2Northwestern University Interdepartmental Neuroscience Program, 3Center for Bio-integrated Electronics, Querrey Simpson Institute for Bioelectronics, Northwestern University, 4Department of Materials Science and Engineering, Northwestern University, 5Department of Civil and Environmental Engineering, Northwestern University, 6Department of Mechanical Engineering, Northwestern University, 7Arms and Hands Lab, Shirley Ryan AbilityLab, Department of Physical Medicine and Rehabilitation, Northwestern University Feinberg School of Medicine, 8Division of Plastic and Reconstructive Surgery, Biologics, Shirley Ryan AbilityLab, Northwestern University, 9Department of Biomedical Engineering, Northwestern University, 10Department of Neurological Surgery, Northwestern University, 11Department of Chemistry, Northwestern University, 12Department of Electrical and Computer Engineering, Northwestern University, 13The Ken and Ruth Davee Department of Neurology, Northwestern University Feinberg School of Medicine

Summary

यह सर्जिकल आरोपण और परिधीय नसों के लिए वायरलेस संचालित इंटरफ़ेस के संचालन के लिए एक प्रोटोकॉल है। हम या तो चूहे sciatic या phrenic तंत्रिका पर रखा तंत्रिका उत्तेजक से उदाहरण के साथ इस दृष्टिकोण की उपयोगिता का प्रदर्शन.

Abstract

परिधीय तंत्रिका इंटरफेस अक्सर प्रयोगात्मक तंत्रिका विज्ञान और पुनर्योजी चिकित्सा में विभिन्न प्रकार के अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किया जाता है। ऐसे इंटरफेस सेंसर, एक्ट्यूएटर या दोनों हो सकते हैं। परिधीय तंत्रिका इंटरफेसिंग के पारंपरिक तरीकों को या तो बाहरी प्रणाली से जुड़ना चाहिए या बैटरी पावर पर भरोसा करना चाहिए जो ऑपरेशन के लिए समय सीमा को सीमित करता है। वायरलेस, बैटरी-मुक्त और पूरी तरह से प्रत्यारोपण योग्य परिधीय तंत्रिका इंटरफेस के हालिया विकास के साथ, उपकरणों का एक नया वर्ग उन क्षमताओं की पेशकश कर सकता है जो उनके वायर्ड या बैटरी संचालित अग्रदूतों से मेल खाते हैं या उनसे अधिक हैं। यह पेपर (i) शल्य चिकित्सा प्रत्यारोपण और (ii) वायरलेस तरीके से बिजली और वयस्क चूहों में इस प्रणाली को नियंत्रित करने के तरीकों का वर्णन करता है। इस दृष्टिकोण की बहुमुखी प्रतिभा को उजागर करने के लिए कटिस्नायुशूल और फ्रेनिक तंत्रिका मॉडल को उदाहरण के रूप में चुना गया था। पेपर दिखाता है कि परिधीय तंत्रिका इंटरफ़ेस यौगिक मांसपेशी क्रिया क्षमता (सीएमएपी) को कैसे विकसित कर सकता है, एक चिकित्सीय विद्युत उत्तेजना प्रोटोकॉल प्रदान कर सकता है, और परिधीय तंत्रिका चोट की मरम्मत के लिए एक नाली को शामिल कर सकता है। इस तरह के उपकरण एकल-खुराक या बार-बार खुराक चिकित्सीय उत्तेजना के लिए विस्तारित उपचार विकल्प प्रदान करते हैं और विभिन्न तंत्रिका स्थानों के लिए अनुकूलित किए जा सकते हैं।

Introduction

दर्दनाक परिधीय तंत्रिका चोटें (पीएनआई) अमेरिका में प्रति वर्ष लगभग 200,000 की वार्षिक घटना के साथ होती हैं1. पीएनआई से पीड़ित अधिकांश रोगियों को स्थायी कार्यात्मक हानि के साथ छोड़ दिया जाता है। इसकी सबसे खराब स्थिति में, इसके परिणामस्वरूप मांसपेशियों का पक्षाघात हो सकता है और उपचार-दुर्दम्य न्यूरोपैथिक दर्द इतना गंभीर हो सकता है कि रोगी उपचार के रूप में अंग विच्छेदन से गुजरने के लिए तैयार हैं2. पीएनआई परिणामों में सुधार के लिए सबसे बड़ी बाधा यह है कि अक्षतंतु पुनर्जनन उन दूरियों के सापेक्ष बहुत धीमा है जिन्हें उन्हें फिर से उगाना चाहिए। उदाहरण के लिए, एक वयस्क मानव अक्षतंतु 1 मिमी / दिन पर बढ़ता है, लेकिन समीपस्थ अंग में घाव के मामले में > 1000 मिमी की दूरी पर पुन: उत्पन्न करना पड़ सकता है।

वर्तमान नैदानिक अभ्यास में, ~ 50% पीएनआई को सर्जिकल मरम्मत की आवश्यकता होतीहै 3. सफल तंत्रिका उत्थान के लिए, अक्षतंतु को घाव स्थल (यानी, गैप क्रॉसिंग) में बढ़ना चाहिए और फिर (ii) अंत-अंग लक्ष्य (यानी, डिस्टल रेग्रोथ) (चित्रा 1) तक पहुंचने के लिए तंत्रिका मार्ग को पुन: उत्पन्न करना चाहिए। तंत्रिका पुनर्जनन में तेजी लाने के लिए सिद्ध कोई एफडीए-अनुमोदित दवाएं नहीं हैं। पीएनआई नैदानिक प्रबंधन की यथास्थिति केवल पिछले कई दशकों में वृद्धिशील रूप से बदल गई है और सर्जिकल तरीकों के लिए तकनीकी शोधन तक सीमित है जैसे कि दूरी को कम करने के लिए डिस्टल मोटर तंत्रिका स्थानान्तरण को पुनर्जीवित करने वाले अक्षतंतुको 4, या "शेल्फ से दूर" सिंथेटिक तंत्रिका नाली की यात्रा करनी चाहिए उन मामलों के लिए जहां समीपस्थ तंत्रिका पीछे हट जाती है और सीधे एक साथ वापस नहीं किया जा सकता है5. हालांकि, नसों के पश्चात लागू चिकित्सीय विद्युत उत्तेजना पर चार यादृच्छिक नैदानिक परीक्षण किए गए हैं, जो अल्बर्टा विश्वविद्यालय में डॉ के मिंग चैन के नेतृत्व में एकल-केंद्र अध्ययन थे जो मांसपेशियों 6,7,8 या त्वचा9 के पुनर्विकास में काफी सुधार दिखाते हैं। इस विद्युत उत्तेजना प्रोटोकॉल के लिए मूलभूत कार्य कृन्तकों10,11 में किया गया था, जहां यह दिखाया गया है कि विद्युत उत्तेजना विशेष रूप से अंतर पार करने (चित्रा 1) को बढ़ाकर काम करती है, लेकिन डिस्टल रेग्रोथ12,13,14,15 नहीं।

सभी चार विद्युत उत्तेजना यादृच्छिक नैदानिक परीक्षणों में उपयोग किए जाने वाले ट्रांसक्यूटेनियस वायर इलेक्ट्रोड का सर्जिकल प्लेसमेंट आवश्यक था क्योंकि इसके प्रभाव 1 एच11 के लिए लगातार 20 हर्ट्ज पर न्यूरॉन सेल बॉडी को विध्रुवित करने के लिए पर्याप्त वर्तमान के वितरण पर निर्भर करते हैं। नैदानिक अभ्यास में, यह विद्युत उत्तेजना प्रोटोकॉल दर्द के कारण त्वचा पर सतह-उत्तेजक इलेक्ट्रोड के माध्यम से आवश्यक तीव्रता पर अधिकांश रोगियों के लिए सहनीय नहीं है। ट्रांसक्यूटेनियस इलेक्ट्रोड को पोस्टऑपरेटिव रूप से चलाने से जुड़े गैर-तुच्छ जोखिम हैं, जैसे कि गहरे घाव में संक्रमण या ऑपरेटिंग रूम (OR) से रोगी परिवहन के दौरान नसों से तारों का आकस्मिक विस्थापन। इसके अतिरिक्त, OR समय की उच्च लागत स्वयं तीव्र पश्चात वसूली के बजाय उस सेटिंग में प्रयास करने के खिलाफ एक हतोत्साहन है। मौजूदा परिधीय तंत्रिका इंटरफेस की इस कमी को दूर करने के लिए वायरलेस, बैटरी मुक्त और पूरी तरह से प्रत्यारोपण योग्य परिधीय तंत्रिका इंटरफेस का एक नया वर्ग उभर रहा है।

वायरलेस इम्प्लांटेबल इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम का यह नया वर्ग विद्युत उत्तेजना खुराक के लिए आसानी और लचीलेपन को बढ़ाने और इसके व्यापक नैदानिक कार्यान्वयन को रोकने वाली बाधाओं को तोड़ने के लिए तैयार है। यह पत्र (i) शल्य चिकित्सा प्रत्यारोपण और (ii) वयस्क चूहे कटिस्नायुशूल और फ्रेनिक तंत्रिका मॉडल में इस प्रणाली को वायरलेस तरीके से बिजली और नियंत्रित करने के तरीकों का वर्णन करता है। यह दिखाता है कि परिधीय तंत्रिका इंटरफ़ेस सीएमएपी को कैसे विकसित कर सकता है, एक चिकित्सीय विद्युत उत्तेजना प्रोटोकॉल प्रदान कर सकता है, और यहां तक कि परिधीय नसों की मरम्मत के लिए एक नाली के रूप में भी कार्य कर सकता है। प्रोटोकॉल यहाँ ऑप्टोजेनेटिक मध्यस्थता neuromodulation16, नियंत्रित दवा रिलीज17, या समय18,19 के साथ बिजली उत्तेजना के दोहराया मुकाबलों के लिए प्रकाश दालों वितरित कर सकते हैं कि इस तकनीक के अन्य वेरिएंट के लिए अनुकूलित किया जा सकता है.

Protocol

इस प्रोटोकॉल में वर्णित सभी प्रक्रियाओं को प्रयोगशाला जानवरों की देखभाल और उपयोग के लिए एनआईएच गाइड के अनुसार किया जाता है और नॉर्थवेस्टर्न यूनिवर्सिटी की संस्थागत पशु देखभाल और उपयोग समिति (आईएसीयूसी) द्वारा अनुमोदित किया गया था। यह प्रोटोकॉल नॉर्थवेस्टर्न यूनिवर्सिटी के सेंटर फॉर कम्पेरेटिव मेडिसिन और आईएसीयूसी के पशु देखभाल दिशानिर्देशों का पालन करता है। प्रोटोकॉल को अपनाने पर IACUC से परामर्श करना आवश्यक है।

1. वायरलेस इलेक्ट्रॉनिक उत्तेजक निर्माण (चित्रा 2)

  1. रेडियो फ्रीक्वेंसी पावर हार्वेस्टर कॉइल (यानी, वायरलेस रिसीवर एंटीना) के लिए सब्सट्रेट के रूप में कॉपर/पॉलीमाइड/कॉपर (18 माइक्रोन मोटा ऊपर और नीचे तांबा, 75 माइक्रोन मोटा पॉलीमाइड) का उपयोग करें।
  2. ऊपर और नीचे तांबे की परतों पर इलेक्ट्रोड के लिए पैटर्न छेद करने के लिए प्रत्यक्ष लेजर पृथक्करण का प्रयोग करें और डिवाइस को आकार दें। छेद के माध्यम से चांदी के पेस्ट का उपयोग करके ऊपर और नीचे की परतों को विद्युत रूप से कनेक्ट करें।
  3. टांका लगाने के माध्यम से वाणिज्यिक पैकेजिंग, जैसे डायोड और संधारित्र के साथ इलेक्ट्रॉनिक घटकों को संलग्न करें।
  4. खिंचाव योग्य विस्तार इलेक्ट्रोड19 के रूप में bioresorbable गतिशील सहसंयोजक polyurethane (बी-DCPU; 200 माइक्रोन मोटी) समझाया मोलिब्डेनम (Mo; 15 माइक्रोन मोटी; नागिन संरचना) का प्रयोग करें.
  5. पॉली (लैक्टिक-सह-ग्लाइकोलिक एसिड) (पीएलजीए) फिल्म (300 माइक्रोन मोटी) का उपयोग करके डिवाइस और तंत्रिका के बीच इंटरफेस के लिए कफ इलेक्ट्रोड बनाएं।
  6. वायरलेस रिसीवर एंटीना और स्ट्रेचेबल एक्सटेंशन इलेक्ट्रोड को जोड़ने के बाद, वायरलेस रिसीवर एंटीना और व्यावसायिक वाटरप्रूफ एपॉक्सी या पॉलीडाइमेथिसिलोक्सेन (पीडीएमएस) के साथ कनेक्शन को एनकैप्सुलेट करें। पूरी तरह से इकट्ठे डिवाइस के लिए चित्र 2 (दाएं) देखें।
  7. प्राथमिक कॉइल (यानी, ट्रांसमिशन कॉइल) के माध्यम से मोनोफैसिक विद्युत आवेग उत्पन्न करने के लिए एक तरंग जनरेटर का उपयोग करके, डिवाइस के वायरलेस ऑपरेशन की पुष्टि करें।
    नोट: परिधीय अक्षतंतु की भर्ती और मोनोफैसिक और द्विध्रुवीय उत्तेजनाओं द्वारा अक्षीय पुनर्जनन को शामिल करने की जांच करते हुए, पूर्व अध्ययनों ने तरंग विशेषता20 में अंतर के कारण एक नगण्य प्रभाव की सूचना दी, और यह समूह चूहों21 और चूहों18 में एक ही मोनोफैसिक वर्तमान मापदंडों के साथ चिकित्सीय विद्युत उत्तेजना वृद्धि प्राप्त करने में सक्षम है। इसके अलावा, पूर्व अध्ययनों ने विवो और इन विट्रो में जैव-अनुकूलता की जांच की और हीटिंग प्रभाव या स्वयं सामग्री से ऊतक क्षति का कोई सबूत नहीं मिला। इन निष्कर्षों और वर्तमान अध्ययन में चिकित्सीय विद्युत उत्तेजना की सीमित अवधि के कारण, द्विध्रुवीय के बजाय मोनोफैसिक, इस प्रोटोकॉल में उत्तेजनाओं का उपयोग किया गया था।
  8. कफ इलेक्ट्रोड से जुड़े एक आस्टसीलस्कप के साथ परिणामी प्रत्यक्ष वर्तमान आउटपुट वोल्टेज को मापें।

2. आरोपण के लिए उपकरण तैयार करना

  1. प्रत्यारोपण उपकरणों को एक बाँझ पेट्री डिश में रखें और इसे पैराफिल्म के साथ सील करें।
  2. प्रति पक्ष 30 मिनट के लिए यूवी प्रकाश के साथ उपकरणों विकिरण.

3. विद्युत उत्तेजना के लिए वायरलेस, बैटरी मुक्त परिधीय तंत्रिका इंटरफ़ेस के चूहे के सही कटिस्नायुशूल तंत्रिका आरोपण की सर्जिकल प्रक्रिया(चित्रा 3)

नोट: बाँझ स्थिति बनाए रखें। एक पशु प्रक्रिया कक्ष के निर्दिष्ट शल्य चिकित्सा क्षेत्र के भीतर सर्जरी करें। सर्जन सर्जरी के दौरान एक फेसमास्क, कोट, टोपी और बाँझ दस्ताने दान करेगा। यदि एक से अधिक सर्जरी की जाती है, तो जानवरों के बीच बाँझ दस्ताने बदलें और प्रत्येक सर्जरी के लिए स्वच्छ, बाँझ शल्य चिकित्सा उपकरणों का उपयोग करें। गर्मी नसबंदी (आटोक्लेव या ग्लास मनका अजीवाणु बनानेवाला) द्वारा सर्जरी के बीच उपकरण जीवाणुजनित. वयस्क स्प्रैग-डॉली चूहों का उपयोग करें जिनका वजन 200-250 ग्राम है।

  1. ऑक्सीजन (3 एल / मिनट) में isoflurane गैस संज्ञाहरण (3% प्रेरण, 1-3% रखरखाव) का उपयोग कर संज्ञाहरण प्रेरित (2 एल / मिनट), meloxicam के चमड़े के नीचे प्रशासन के साथ (1-2 मिलीग्राम / किग्रा). सुखाने को रोकने के लिए नामित नेत्र मरहम के साथ चूहों की आंखों को कवर करें।
  2. बाद की प्रक्रियाओं के लिए कीटाणुरहित शल्य चिकित्सा तालिकाओं पर एक प्रवण स्थिति में चूहों रखें. शेष शल्य अवधि के लिए, श्वास दर (~ 2 / एस होना चाहिए), ऊतक रंग, और संज्ञाहरण की गहराई हर 15 मिनट से कम नहीं का आकलन करें, और तदनुसार isoflurane स्तर बनाए रखें. पेडल रिफ्लेक्स (एक फर्म पैर की अंगुली चुटकी की प्रतिक्रिया की कमी) की जांच करके संज्ञाहरण की उचित गहराई की पुष्टि करें। श्लेष्म झिल्ली की निगरानी करें, जो गुलाबी और नम रहना चाहिए।
  3. सर्जिकल क्षेत्र को शेव करें, जिसमें दाहिने पैर और पीठ के निचले आधे हिस्से शामिल हैं। एक बीटाडाइन पैड के साथ मुंडा सर्जिकल क्षेत्र को साफ़ करें, इसके बाद 70% मेडिकल इथेनॉल स्वैब करें, और त्वचा कीटाणुशोधन के लिए इस स्क्रब प्रक्रिया को तीन बार दोहराएं।
  4. ऊतक कैंची का उपयोग करके सही फीमर हड्डी के समानांतर त्वचा में 1.5 - 2 सेमी चीरा बनाएं, इसके बाद रिसीवर कॉइल(चित्रा 4ए)के लिए एक चमड़े के नीचे की जेब को साफ करने के लिए पीठ पर चमड़े के नीचे के संयोजी ऊतक के कुंद पृथक्करण (सीधे औसत दर्जे का)। त्वचा चीरा के समानांतर सही ग्लूटल मांसपेशी पर बाद में चीरा (1.2-1.5 सेमी) बनाएं।
  5. धीरे कुंद समाप्त होता है (चित्रा 4 बी) के साथ धातु विच्छेदन जांच के साथ कटिस्नायुशूल तंत्रिका को अलग.
    नोट: कटिस्नायुशूल तंत्रिका बाइसेप्स फेमोरिस के लिए गहरी स्थित है और फीमर के समानांतर चलती है। एक विदारक गुंजाइश का सुझाव दिया गया है।
  6. तनाव के तहत तंत्रिका डाल या अपने पथ 18,19,20 विकृत बिना कटिस्नायुशूल तंत्रिका (चित्रा 4C) पृथक सही कटिस्नायुशूल तंत्रिका के चारों ओर कफ लपेटकर पर वायरलेस, बैटरी मुक्त डिवाइस प्रत्यारोपण. त्वचा पर निशान लगाएं जहां रिसीवर कॉइल को आगे विद्युत उत्तेजना के लिए रखा गया है।
  7. अवशोषित टांके(चित्रा 4डी)का उपयोग कर ग्लूटल मांसपेशी चीरा सीवन.
    नोट: रिसीवर कॉइल का ऊपरी आधा ग्लूटल मांसपेशी और उसके नीचे कफ इंटरफ़ेस के ऊपर बैठता है।
  8. घाव क्लिप के साथ त्वचा चीरा बंद करें (या दफन सीवन; चित्रा 4ई)। त्वचा के किनारों से मेल खाएं।
  9. संज्ञाहरण (चित्रा 4एफ)के तहत 200 μs पल्स चौड़ाई के साथ निरंतर पोस्टसर्जिकल 20 हर्ट्ज विद्युत उत्तेजना के 1 घंटे वितरित करें। संज्ञाहरण से पूरी तरह से ठीक होने के बाद जानवरों को उनके घर के पिंजरों में लौटाएं।
    नोट: विस्तृत प्रोटोकॉल नीचे वर्णित है। रिसीवर कॉइल चित्रा 4F में त्वचा के ऊपर दिखाया गया है।
  10. शल्य चिकित्सा के बाद का उपचार
    1. बिस्तर के बिना एक वसूली पिंजरे में चूहे रखें, कागज तौलिए के साथ पंक्तिबद्ध, आधा पिंजरे एक उपयुक्त तापमान विनियमित गर्मी स्रोत (अनुमोदित हीटिंग पैड) पर रखा के साथ.
    2. चूहे ध्यान से निगरानी जब तक यह चल रहा है. एक बार चलने और स्थिर होने का आकलन करने के बाद, चूहे को घर के पिंजरे में लौटाएं और सामाजिक पुनर्मिलन के लिए देखें।
    3. तीव्र वसूली के बाद, चीरा साइट संक्रमण के लिए चूहों की निगरानी करें और न्यूरोजेनिक दर्द के लक्षणों के लिए, जिसमें रखवाली, छटपटाहट, खरोंच और आत्म-उत्परिवर्तन तक सीमित नहीं है। 5 दिन postsurgical वसूली अवधि के लिए दैनिक चूहों की निगरानी, और कम से कम एक बार उसके बाद हर तीन दिन अगर चूहों दिन 5 पर बलिदान नहीं कर रहे हैं.
    4. मेलॉक्सिकैम (1-2 मिलीग्राम/किग्रा) को सर्जरी के बाद दो से तीन दिनों के लिए प्रतिदिन एक बार सूक्ष्म रूप से प्रशासित करें, जो जानवर के दर्द/परेशानी के प्रदर्शित स्तर पर निर्भर करता है। यदि लगातार दर्द का संदेह है, तो इस अवधि से परे मेलॉक्सिकैम को पोस्टऑपरेटिव रूप से जारी रखें, और यदि यह दुर्दम्य साबित होता है, तो पशु चिकित्सा टीम के परामर्श से चूहे को जल्दी इच्छामृत्यु दें।
    5. त्वचा टांके या घाव क्लिप निकालें 10-12 दिनों के बाद सर्जरी.

4. वायरलेस उत्तेजक के चूहे बाएं फ्रेनिक तंत्रिका आरोपण की सर्जिकल प्रक्रिया(चित्रा 5ए)

नोट: बाँझ स्थिति बनाए रखें, जैसा कि धारा 3 में है। 200-250 ग्राम वजन वाले वयस्क स्प्रैग-डॉली चूहों का उपयोग करें। उपयोग करने से पहले सभी सर्जिकल उपकरणों को जीवाणुरहित करें।

  1. ऑक्सीजन (3 एल / मिनट) में isoflurane गैस संज्ञाहरण (3% प्रेरण, 1-3% रखरखाव) का उपयोग कर संज्ञाहरण प्रेरित (2 एल / मिनट), meloxicam के चमड़े के नीचे प्रशासन के साथ (1-2 मिलीग्राम / किग्रा). निर्जलीकरण को रोकने के लिए नामित नेत्र मरहम के साथ चूहे की आंखों को कवर करें।
  2. बाद की प्रक्रियाओं के लिए कीटाणुरहित शल्य चिकित्सा तालिकाओं पर एक लापरवाह स्थिति में चूहों रखें. शेष शल्य चिकित्सा अवधि के लिए, श्वास दर, ऊतक रंग, और संज्ञाहरण की गहराई का आकलन हर 15 मिनट से कम नहीं है, और तदनुसार isoflurane स्तर बनाए रखने. पेडल रिफ्लेक्स (एक फर्म पैर की अंगुली चुटकी की प्रतिक्रिया की कमी) की जांच करके संज्ञाहरण की उचित गहराई की पुष्टि करें। श्लेष्म झिल्ली की निगरानी करें, जो गुलाबी और नम रहना चाहिए।
  3. गर्दन के उदर पहलू पर शल्य चिकित्सा क्षेत्र दाढ़ी. एक बीटाडाइन पैड के साथ मुंडा सर्जिकल क्षेत्र को साफ़ करें, इसके बाद 70% मेडिकल इथेनॉल स्वैब करें, और त्वचा कीटाणुशोधन के लिए इस स्क्रब प्रक्रिया को तीन बार दोहराएं।
  4. सबसे सतही परत को लक्षित करते हुए, गर्दन पर मिडलाइन पर चमड़े के नीचे ब्यूपिवाकेन (2 मिलीग्राम/किग्रा, खारा में पतला, कुल मात्रा 0.5mL से अधिक नहीं) का प्रशासन करें। स्टर्नोहाइड और स्टर्नोक्लेडोमैस्टॉइड मांसपेशियों (चित्रा 5बी) को बेनकाब करने के लिए त्वचा और सतही ग्रीवा प्रावरणी के माध्यम से 3 सेमी मिडलाइन चीरा बनाएं।
    नोट: एक विदारक गुंजाइश का सुझाव दिया है।
  5. एक जांच के साथ कोमल कुंद विच्छेदन का उपयोग कर sternocleidomastoid तरक्की और बाद में एक पोत पाश(चित्रा 5C)का उपयोग कर इसे वापस लेने. धीरे से मुक्त करें और ओमोहाइड को वापस लें। अगला, धीरे से मुक्त और औसत दर्जे का वेगस तंत्रिका और ओमोहाइड मांसपेशी के नीचे मन्या बंडल को वापस ले लें।
    नोट: यहाँ प्रमुख भेदभाव वेगस तंत्रिका और फ्रेनिक तंत्रिका के बीच है। ओमोहाइड को काटें यदि नीचे की संरचनाओं को उजागर करना आवश्यक है।
  6. फ्रेनिक तंत्रिका (चित्रा 5 डी) को अलग करें।
    नोट: फ्रेनिक तंत्रिका पूर्वकाल स्केलीन मांसपेशी की सतह के साथ चलती है, जो विशेष रूप से छोटे अनुदैर्ध्य तंत्रिका क्रॉसिंग के रूप में चलती है जो ब्रेकियल प्लेक्सस के लंबवत रूप से पार करती है। कटिस्नायुशूल तंत्रिका के विपरीत, गर्दन पर फ्रेनिक तंत्रिका के आसपास शरीर रचना अधिक जटिल है। सर्वोत्तम परिणामों के लिए आरोपण से पहले इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल पुष्टि (चरण 4.7) करें।
  7. रिकॉर्डिंग इलेक्ट्रोड चमड़े के नीचे रखें, बस पुच्छीय रिब पिंजरे के लिए, पृथक फ्रेनिक तंत्रिका (चित्रा 5E) के लिए ipsilateral करने के लिए. उत्तेजक को फ्रेनिक तंत्रिका पर रखें और तुल्यकालिक संकेतन (चित्रा 6) के माध्यम से पुष्टि करें।
    नोट: ~ 3-6 एमए की उत्तेजना तीव्रता और 0.02 एमएस की उत्तेजना अवधि के साथ अधिकतम प्रतिक्रिया पैदा करना विशिष्ट है।
  8. प्रतिलेख साइट (चित्रा 6) के सापेक्ष समीपस्थ तंत्रिका अंत पर एक विद्युत उत्तेजना लागू होने पर विकसित प्रतिक्रिया का पूर्ण उन्मूलन दिखाकर फ्रेनिक तंत्रिका के पूर्ण प्रतिच्छेदन को सत्यापित करें।
  9. फ्रेनिक तंत्रिका (चित्रा 5F) पर एक वायरलेस, बैटरी मुक्त डिवाइस को प्रत्यारोपित करके प्रत्यारोपित करें, द्विपक्षीय स्टर्नोहाइड मांसपेशियों के गहरे सापेक्ष, फ्रेनिक तंत्रिका के चारों ओर कफ और तंत्रिका के लंबवत स्थित संपर्क इलेक्ट्रोड के साथ।
  10. सरल चल रहे अवशोषक टांके (चित्रा 5 जी) के साथ सतही ग्रीवा प्रावरणी बंद करें। गहरी डर्मिस में बाधित उल्टे अवशोषित टांके के साथ त्वचा को बंद करें। जानवरों को उनके घर के पिंजरों में तभी लौटाएं जब वे एनेस्थीसिया से पूरी तरह से ठीक हो जाएं।
  11. पोस्टसर्जिकल उपचार के लिए, चरण 3.10 का पालन करें।

5. चिकित्सीय विद्युत उत्तेजना की वायरलेस डिलीवरी

  1. सामान्य संज्ञाहरण के तहत चूहों के लिए 1 घंटे के लिए विद्युत उत्तेजना लागू करें. वायरलेस उत्तेजना के लिए, एक तरंग / समारोह जनरेटर (वोल्टेज: 1-15 Vpp) और जानवर के ऊपर वैकल्पिक एम्पलीफायर जगह एक बाहरी आगमनात्मक कुंडल (यानी, संचरण कुंडल) (5 बदल जाता है के साथ दो आयामी सर्पिल कुंडल; व्यास: 2 सेमी) प्रत्यारोपित रिसीवर का तार के साथ अच्छा आगमनात्मक युग्मन सुनिश्चित करने के लिए. 1 घंटे की अवधि के लिए 20 हर्ट्ज पर मोनोफैसिक, 200 μs दालों को वितरित करें।
  2. विद्युत उत्तेजना वितरण को सत्यापित और मात्रा निर्धारित करने के लिए, टिबियल पूर्वकाल मांसपेशी से सीएमएपी रिकॉर्ड करें, कटिस्नायुशूल तंत्रिका के सुपरमैक्सिमल सक्रियण को वितरित करने के लिए उत्तेजना वोल्टेज को समायोजित करें। सभी रिकॉर्डिंग के लिए गाढ़ा सुई इलेक्ट्रोड का प्रयोग करें.
    नोट: यदि फ़ंक्शन-जनरेटेड अधिकतम वॉल्यूमtagई अधिकतम प्रतिक्रिया पैदा करने के लिए अपर्याप्त है, तो एम्पलीफायर का उपयोग करें।

6. इच्छामृत्यु

  1. प्राथमिक विधि
    1. एक सीओ2 वितरण कक्ष के तहत पिंजरे रखें, 8-12 एलपीएम (या कक्ष आकार के आधार पर उचित प्रवाह दर) की दर से सेट. बेहोशी के लिए चूहों की निगरानी करें और फिर सांस लेने की समाप्ति के कम से कम 1 मिनट के लिए।
  2. द्वितीयक विधि
    1. गर्भाशय ग्रीवा अव्यवस्था या द्विपक्षीय thoracotomy प्रदर्शन.

Representative Results

कटिस्नायुशूल तंत्रिका चोट मॉडल में, प्रत्यारोपण टिबियल तंत्रिका शाखा (चित्रा 3, चित्रा 4ए, और चित्रा 7 ए) के अंत-से-अंत की मरम्मत से पहले सही कटिस्नायुशूल तंत्रिका के आसपास रखा गया है। एक 30 जी गाढ़ा सुई इलेक्ट्रोड सही tibialis पूर्वकाल मांसपेशी में रखा गया है अधिकतम तीव्रता विद्युत उत्तेजना के लिए आवश्यक उत्तेजना मापदंडों को परिभाषित करने के लिए. इन प्रयोगों में उत्तेजना की तीव्रता को तब तक बढ़ाना शामिल है जब तक कि प्रतिक्रिया परिमाण अधिकतम पर पठार न हो जाए। चूंकि टिबियलिस पूर्वकाल को कटिस्नायुशूल तंत्रिका की फाइबुलर शाखा द्वारा संक्रमित किया जाता है, इसलिए इसे टिबियल तंत्रिका ट्रांससेक्शन की चोट में बख्शा जाता है। इस प्रकार, टिबिअलिस पूर्वकाल से रिकॉर्डिंग विद्युत उत्तेजना उपचार की निरंतर निगरानी को सक्षम बनाता है।

सही कटिस्नायुशूल तंत्रिका (5 एमए, 0.02 एमएस) को एक तार इलेक्ट्रोड द्वारा वितरित एकल-उत्तेजना नाड़ी के लिए, एक अधिकतम सीएमएपी प्रतिक्रिया 5.4 एमवी नकारात्मक शिखर आयाम के साथ प्राप्त होती है जो आईपीसीलेटरल टिबियलिस पूर्वकाल(चित्रा 7बी; काला ट्रेस) पर दर्ज की जाती है। वायरलेस, बैटरी मुक्त प्रत्यारोपण द्वारा वितरित एक तुलनीय उत्तेजना नाड़ी के लिए, एक तुलनीय सीएमएपी प्रतिक्रिया 4.6 एमवी नकारात्मक शिखर आयाम(चित्रा 7बी; नारंगी ट्रेस) के साथ प्राप्त होती है। यह एक हालिया रिपोर्ट के अनुरूप है कि वायरलेस तंत्रिका उत्तेजना तार-आधारित तंत्रिका उत्तेजना21 से सीएमएपी के औसत 88% पर प्राप्त होती है, नैदानिक अध्ययन 6,7,8,9 में चिकित्सीय प्रभावों के लिए आवश्यक सीमा से ऊपर। दिखाए गए उदाहरण में, वायरलेस उत्तेजक बनाम वायर्ड उत्तेजक की लंबी विलंबता रिकॉर्ड की गई मांसपेशियों से इसकी अधिक दूरी के कारण थी।

फ्रेनिक तंत्रिका मॉडल में, प्रत्यारोपण को ट्रांससेक्शन (चित्रा 5) से पहले सही फ्रेनिक तंत्रिका के आसपास रखा जाता है। अधिकतम तीव्रता विद्युत उत्तेजना के लिए आवश्यक उत्तेजना मापदंडों को परिभाषित करने के लिए, एक 30 जी गाढ़ा सुई इलेक्ट्रोड सही hemidiaphragm से रिकॉर्ड करने के लिए सही (ipsilateral) पूर्वकाल costal मार्जिन पर चमड़े के नीचे रखा गया है. प्रयोगों में उत्तेजना वोल्टेज को तब तक ऊपर उठाना शामिल है जब तक कि प्रतिक्रिया परिमाण पठार अपने अधिकतम पर न पहुंच जाए। चूंकि फ्रेनिक तंत्रिका आसपास के न्यूरोवास्कुलर संरचनाओं से अलग करने के लिए चुनौतीपूर्ण हो सकती है, इसलिए इसकी पहचान की पुष्टि एक चिकोटी प्रतिक्रिया (चित्रा 6; नारंगी ट्रेस) को उकसाकर की जा सकती है। उत्तेजना की विशिष्टता को आगे तंत्रिका इलेक्ट्रोड कफ के लिए फ्रेनिक तंत्रिका डिस्टल के ट्रांससेक्शन द्वारा सत्यापित किया जा सकता है, जिसमें चिकोटी प्रतिक्रिया (चित्रा 6; काला ट्रेस) के बाद के उन्मूलन के साथ।

दोहरावदार, कम आवृत्ति विद्युत उत्तेजना चिकित्सा को एक स्थापित प्रोटोकॉल का उपयोग करके 1 घंटे के लिए कटिस्नायुशूल तंत्रिका तक पहुंचाया जा सकता है जो अक्षतंतु पुनर्जनन को बढ़ाता है (6,7,8,9,10,11; चित्र 8)। वायरलेस इम्प्लांट के कफ इंटरफ़ेस को सही कटिस्नायुशूल तंत्रिका पर रखा गया था, और 30 जी गाढ़ा सुई इलेक्ट्रोड को उपचार की निगरानी के लिए सही टिबिअलिस पूर्वकाल मांसपेशी पर रखा गया था। चित्रा 8 ए 1 एच 20 हर्ट्ज विद्युत उत्तेजना की शुरुआत (0 मिनट) में दर्ज इलेक्ट्रोमोग्राफी में चार अनुक्रमिक स्पाइक्स दिखाता है। चित्रा 8 बी तार आधारित विद्युत उत्तेजना चिकित्सा15,21 के साथ नोट थकान पैटर्न के अनुरूप है जो चोटी आयाम में एक मामूली कमी के साथ 1 घंटे विद्युत उत्तेजना के 40 मिनट में दर्ज चार अन्य spikes से पता चलता है.

परिधीय तंत्रिका पुनर्जनन की डिग्री का मूल्यांकन तंत्रिका घाव स्थल पर दूर से लागू प्रतिगामी ट्रेसर का उपयोग करके किया जा सकता है। क्योंकि परिधीय अक्षतंतु कई संपार्श्विक अंकुरित अंकुरित अंकुरित होते हैं, प्रतिगामी अनुरेखण और रीढ़ की हड्डी में मोटर न्यूरॉन सोमा की गणना तंत्रिका के भीतर ही पुनर्जीवित अक्षतंतु की गिनती की तुलना में पुनर्जीवित न्यूरॉन्स की संख्या का अधिक सटीक मूल्यांकन करने की अनुमति देती है31. इसे प्रदर्शित करने के लिए, कटिस्नायुशूल तंत्रिका ट्रंक को क्रश की चोट से स्थानांतरित किया गया था। वसूली के 3 सप्ताह बाद, दो अलग फ्लोरोसेंट प्रतिगामी रंगों sciatic तंत्रिका की दो शाखाओं पर प्रशासित किया गया: तंतुर तंत्रिका (हरा) और टिबियल तंत्रिका (लाल), क्रमशः (चित्रा 9 ए). चित्रा 9 बी-डी काठ का रीढ़ की हड्डी पूर्वकाल सींग में निचले मोटोन्यूरॉन्स के लिट-अप उपसमूह दिखाते हैं जो या तो टिबियल तंत्रिका (चित्रा 9 बी) या फाइबुलर तंत्रिका(चित्रा 9सी)बनाते हैं। ओवरले छवि रीढ़ की हड्डी के पूर्वकाल सींग में लेबल न्यूरॉन्स के दो अलग-अलग कॉलम दिखाती है, जिसे स्थानिक वितरण और मोटर न्यूरॉन्स की गिनती के संदर्भ में मात्रा निर्धारित की जा सकती है जिन्होंने घाव साइट (चित्रा 9 डी) के लिए एक अक्षतंतु डिस्टल को पुनर्जीवित किया है।

Figure 1
चित्रा 1: तंत्रिका पुनर्जनन मॉडल। (ए) गैप क्रॉसिंग तंत्रिका मरम्मत के बाद जल्दी होती है जब अक्षतंतु मरम्मत के बाद समीपस्थ से डिस्टल तंत्रिका अंत तक बढ़ते हैं। (बी) डिस्टल रेग्रोथ की अवधि लक्ष्य अंत-अंग (जैसे, त्वचा, मांसपेशी) की दूरी और अक्षतंतु रेग्रोथ की दर से संबंधित है। तंत्रिका मरम्मत में सुधार के लिए अधिकांश उपचार इन प्रक्रियाओं में से एक या दोनों को लक्षित करते हैं। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 2
चित्रा 2: एक वायरलेस इलेक्ट्रॉनिक उत्तेजक निर्माण का चित्रण। बाएं, डिवाइस की संरचना की विस्तृत परतें, जिसमें एक गोलाकार रेडियो फ्रीक्वेंसी पावर हार्वेस्टर कॉइल, एक स्ट्रेचेबल एक्सटेंशन इलेक्ट्रोड और ब्याज की तंत्रिका के चारों ओर लपेटने वाला एक तंत्रिका कफ शामिल है। दाएं, डिवाइस के तीन हिस्सों को दिखाने वाला एक सरलीकृत चित्रण। संक्षिप्ताक्षर: पीएलजीए = पॉली (लैक्टिक-सह-ग्लाइकोलिक एसिड); b-DCPU = बायोरिसोर्बल डायनेमिक कोवलेंट पॉलीयुरेथेन। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 3
चित्रा 3: चूहे कटिस्नायुशूल तंत्रिका मॉडल में वायरलेस, बैटरी मुक्त तंत्रिका इंटरफ़ेस का प्रत्यारोपण। (ए) चित्रण एक चूहे के सही कटिस्नायुशूल तंत्रिका में एक पूरी तरह से प्रत्यारोपण प्रणाली को दर्शाता है। (बी) शीर्ष पैनल सही टिबियल तंत्रिका के अंत-से-अंत की मरम्मत के लिए समीपस्थ कटिस्नायुशूल तंत्रिका पर स्थित एक इलेक्ट्रोड इंटरफ़ेस दिखाता है। नीचे पैनल समीपस्थ अंत और बाहर का तंत्रिका स्टंप के बीच एक विस्तारित तंत्रिका कफ ब्रिजिंग गैप मरम्मत के साथ एक इलेक्ट्रोड इंटरफ़ेस दिखाता है। संक्षिप्त: पीएलजीए = पॉली (लैक्टिक-सह-ग्लाइकोलिक एसिड)। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 4
चित्रा 4: कटिस्नायुशूल तंत्रिका आरोपण प्रक्रिया। (ए) त्वचा पर चीरा, चमड़े के नीचे संयोजी ऊतक, और ग्लूटल मांसपेशी हैमस्ट्रिंग को उजागर करने के लिए। (बी) पृथक कटिस्नायुशूल तंत्रिका (काला तीर)। (सी) तंत्रिका कफ, तारों (सफेद तारांकन), और प्रत्यारोपण दृश्यमान (स्टार) के साथ डिवाइस पोस्ट-आरोपण। (डी) सीवन द्वारा संयोजी ऊतक का बंद। (ई) घाव क्लिप द्वारा चीरा का बंद। (एफ) त्वचा के ऊपर एक कुंडल द्वारा उत्पन्न वायरलेस विद्युत उत्तेजना। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 5
चित्रा 5: फ्रेनिक तंत्रिका आरोपण प्रक्रिया। (ए) लापरवाह स्थिति में गर्दन का उदर दृश्य। (बी) त्वचा और चमड़े के नीचे संयोजी ऊतक पर चीरा sternohyoid मांसपेशी बेनकाब करने के लिए. (सी) omohyoid मांसपेशी और sternocleidomastoid मांसपेशी के बीच संभावित अंतरिक्ष के माध्यम से विदारक. (डी) फ्रेनिक तंत्रिका (तीर), ब्रेकियल प्लेक्सस से अलग। (ई) फ्रेनिक तंत्रिका की डायाफ्रामिक इलेक्ट्रोमोग्राफिक पुष्टि। काला तीर, रिकॉर्डिंग इलेक्ट्रोड। लाल तीर, उत्तेजक। (च) प्रत्यारोपण। (जी) गहरी त्वचीय टांके के साथ त्वचा का बंद होना। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 6
चित्रा 6: डायाफ्राम से उत्पन्न यौगिक मांसपेशी कार्रवाई क्षमता द्वारा पूर्ण फ्रेनिक तंत्रिका प्रतिबन्ध चोट की पुष्टि। फ्रेनिक तंत्रिका ट्रांससेक्शन (ऑरेंज) से पहले, फ्रेनिक तंत्रिका की विद्युत उत्तेजना ने ipsilateral डायाफ्राम पर यौगिक मांसपेशी क्रिया क्षमता पैदा की, जिसे फ्रेनिक तंत्रिका ट्रांससेक्शन (BLACK) द्वारा समाप्त कर दिया गया था। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 7
चित्रा 7: प्रतिनिधि तंत्रिका चालन अध्ययन वायरलेस से तार-आधारित विद्युत उत्तेजना की तुलना करते हैं। (ए) कटिस्नायुशूल तंत्रिका पर वायरलेस (ब्लैक) और वायर्ड (ऑरेंज) उपकरणों के प्लेसमेंट का चित्रण। रिकॉर्डिंग इलेक्ट्रोड टिबियलिस पूर्वकाल में रखा गया था. (बी) वायर्ड इम्प्लांट (ऑरेंज) बनाम वायरलेस इम्प्लांट (ब्लैक) द्वारा विकसित यौगिक मांसपेशी क्रिया क्षमता। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 8
चित्रा 8: प्रत्यारोपण से 1 घंटे के लिए 20 हर्ट्ज दोहराव विद्युत उत्तेजना के साथ टीए मांसपेशियों से ईएमजी रिकॉर्डिंग। (ए) ई-स्टिम के न्यूनतम 1 पर ईएमजी का ट्रेस। (बी) ई-स्टिम के न्यूनतम 40 पर ईएमजी का ट्रेस। संक्षिप्ताक्षर: ईएमजी = इलेक्ट्रोमोग्राफी; टीए = टिबियलिस पूर्वकाल; ई-उत्तेजना = विद्युत उत्तेजना; मिनट = मिनट कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 9
चित्रा 9: कटिस्नायुशूल तंत्रिका पुनर्जनन की प्रतिनिधि छवियां। (ए) कटिस्नायुशूल तंत्रिका चोट और फ्लोरोसेंट प्रतिगामी लेबलिंग का चित्रण। कटिस्नायुशूल तंत्रिका अक्षतंतु क्रश चोट से transected थे. वसूली के 3 सप्ताह बाद, इसकी डिस्टल शाखाएं-फाइबुलर तंत्रिका (हरे रंग में) और टिबियल तंत्रिका (लाल रंग में) -प्रतिगामी रूप से लेबल किए गए थे। (बी-डी) एक काठ का रीढ़ की हड्डी की छवियां जो ipsilesional पूर्वकाल सींग के भीतर न्यूरोनल सोमा दिखा रही हैं। स्केल सलाखों = 30 माइक्रोन. कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Discussion

यह पत्र सर्जिकल आरोपण और चूहे के कटिस्नायुशूल और फ्रेनिक तंत्रिका मॉडल में एक वायरलेस, बैटरी मुक्त, और पूरी तरह से प्रत्यारोपण परिधीय तंत्रिका इंटरफेस के संचालन में चरणों का वर्णन करता है। हम प्रदर्शित करते हैं कि बायोमेडिकल प्रत्यारोपण के इस उपन्यास वर्ग का उपयोग प्रीक्लिनिकल और नैदानिक अध्ययनों में अक्षतंतु पुनर्जनन को बढ़ाने के लिए दिखाए गए चिकित्सीय विद्युत उत्तेजना प्रतिमान देने के लिए कैसे किया जा सकता है (समीक्षा के लिए,22 देखें)। यह प्रोटोकॉल सरल है और इसे छोटे पशु मॉडल, जैसे चूहों21, साथ ही अन्य वायरलेस, बैटरी-मुक्त, और कार्यक्षमता के साथ पूरी तरह से प्रत्यारोपण योग्य उपकरणों के लिए एक्सट्रपलेशन किया जा सकता है जिसमें ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक और माइक्रोफ्लुइडिक परिधीय तंत्रिका इंटरफेस 18,23,24,25,26,27,28,29,30 शामिल हैं. यह भी कृंतक sciatic तंत्रिका का उपयोग दृष्टिकोण का प्रदर्शन किया है, जो सबसे आम प्रयोगात्मक मॉडल31 है.

इस दृष्टिकोण की बहुमुखी प्रतिभा को दिखाया गया है जब इसे फ्रेनिक तंत्रिका के साथ इंटरफेस करने के लिए अनुकूलित किया जाता है, जिसे शायद ही कभी परिधीय तंत्रिकाचोट 32 के मॉडल के रूप में नियोजित किया जाता है, शायद इसलिए कि यह एक बेहद कम मान्यता प्राप्त नैदानिक मुद्दा33,34,35 है। फ्रेनिक तंत्रिका चोट निदान और पुनर्वास COVID-19 महामारी36,37,38 के दौरान एक महत्वपूर्ण मुद्दा बन गया है। यह वर्तमान में अज्ञात है कि क्या फ्रेनिक अक्षतंतु का उत्थान और डायाफ्राम पक्षाघात से वसूली इस संक्षिप्त, कम आवृत्ति विद्युत उत्तेजना प्रतिमान द्वारा संवर्धित की जा सकती है। हालांकि, डायाफ्राम मांसपेशी पेसिंग के लिए फ्रेनिक तंत्रिका विद्युत उत्तेजना उच्च ग्रीवा रीढ़ की हड्डी की चोट 39,40,41,42,43से टेट्राप्लाजिया वाले रोगियों में श्वसन विफलता के लिए एक स्थापित विकल्प है। गंभीर बीमारी के बाद वेंटिलेटर वीनिंगसहित अन्य संकेतों का पता लगाया जा रहा है।

प्रत्यारोपित प्रणाली के अच्छे संचालन को सुनिश्चित करने के लिए कई महत्वपूर्ण कदमों पर जोर दिया जाना चाहिए। सबसे पहले, उपकरणों के पतले इलेक्ट्रॉनिक घटकों पर बहुत अधिक बल लगाने से बचना महत्वपूर्ण है, जब उन्हें सीसा डी-इन्सुलेशन, किंकिंग या टूटने से रोकने के लिए उन्हें संभालना है। इसके बाद, ऊपरी त्वचा पर रेडियो फ्रीक्वेंसी पावर हार्वेस्टर कॉइल के स्थान को सटीक रूप से चिह्नित करना महत्वपूर्ण है। तीसरा, एक गूसनेक क्लैंप के साथ प्रत्यारोपित डिवाइस के पावर हार्वेस्टर कॉइल पर बाहरी रेडियो फ्रीक्वेंसी बिजली की आपूर्ति के ट्रांसमिशन कॉइल का सावधानीपूर्वक संरेखण स्थिर संचालन की अनुमति देता है। अंत में, मांसपेशियों के मरोड़ के दृश्य अवलोकन के अलावा विद्युत उत्तेजना की पुष्टि करने के लिए, आवधिक न्यूरोफिज़ियोलॉजिकल निगरानी की सिफारिश की जाती है। गर्दन में फ्रेनिक तंत्रिका की अधिक जटिल शारीरिक रचना के मामले में, इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल पुष्टि यह प्रदर्शित करने में मदद करती है कि सही तंत्रिका को अलग किया गया है (चित्र 6)।

इस पेपर18,19,21में दिखाए गए वायरलेस, बैटरी मुक्त विद्युत उत्तेजक के अलावा, कई अन्य डिवाइस संभावित रूप से समान प्रक्रियाओं को साझा करते हैं। उदाहरण के लिए, क्योंकि इलेक्ट्रोड ग्लोसोफेरींजल और वेगस नसों को प्रत्यारोपित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है ताकि सहानुभूति और पैरासिम्पेथेटिक तंत्रिका तंत्र30,45,46 से संकेतों को कालानुक्रमिक रूप से रिकॉर्ड किया जा सके, इस प्रोटोकॉल को उनके आरोपण के लिए अनुकूलित किया जा सकता है। परिधीय नसों के लिए वायरलेस दीर्घकालिक जैव-संगत उत्तेजक, जैसे कि पुनर्स्थापना, जगह में रहने और आवश्यकतानुसार नसों को उत्तेजित करने के लिए महान उपकरण हैं 25,47,48,49,50. प्रासंगिक मल्टी-चैनल वायरलेस रिकॉर्डिंग प्रत्यारोपणभी सूचित किए गए हैं। कुल मिलाकर, हम मानते हैं कि इन शल्य चिकित्सा और विद्युत उत्तेजना प्रोटोकॉल विद्युत उत्तेजना या रिकॉर्डिंग से संबंधित सभी वायरलेस परिधीय तंत्रिका interfacing के लिए एक मानक के रूप में अनुकूलित किया जा सकता है.

Disclosures

लेखकों के हितों का कोई टकराव नहीं है।

Acknowledgments

इस काम ने नॉर्थवेस्टर्न यूनिवर्सिटी के NUANCE सेंटर की NUFAB सुविधा का उपयोग किया, जिसे SHyNE संसाधन (NSF ECCS-1542205), IIN और नॉर्थवेस्टर्न के MRSEC कार्यक्रम (NSF DMR-1720139) से समर्थन प्राप्त हुआ है। इस काम ने नॉर्थवेस्टर्न यूनिवर्सिटी के सामग्री अनुसंधान केंद्र में राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन (DMR-1720139) के MRSEC कार्यक्रम द्वारा समर्थित MatCI सुविधा का उपयोग किया। C.K.F एनआईएच (अनुदान संख्या R03HD101090) और अमेरिकन न्यूरोमस्कुलर फाउंडेशन (विकास अनुदान) के यूनिस कैनेडी श्राइवर इंस्टीट्यूट ऑफ चाइल्ड हेल्थ एंड ह्यूमन डेवलपमेंट से समर्थन स्वीकार करता है। वाईएच एनएसएफ से समर्थन स्वीकार करता है (अनुदान सं। CMMI1635443)। इस काम को नॉर्थवेस्टर्न यूनिवर्सिटी में क्वेरी सिम्पसन इंस्टीट्यूट फॉर बायोइलेक्ट्रॉनिक्स द्वारा समर्थित किया गया था।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Amplifier Electronics & Innovation 201L
Arbitrary Waveform Generator RIGOL DG1032Z 30 MHz, 2 Channel, 200 MS/s, 14bit Resolution, 8 Mpts
Bupivacaine Pfizer 655317 Marcaine, 0.5%
Copper/polyimide/copper Pyralux AP8535R 18 µm thick top and bottom copper, 75 µm thick polyimide
EMG recording device Natus Nicolet VikingQuest
EPOXY MARINE Loctite
Isoflurane, USP Butler Schein Animal Health 1040603 ISOTHESIA
Meloxicam covetrus 5mg/ml
Needle electrodes Technomed USA Inc. TE/B50600- 001
PDMS (Silicone Elastomer Kit) DOW SYLGARD™ 184
ProtoLaser U4 LPKF U4
Puralube Vet Ointment Sterile Ocular Lubricant Puralube 83592
Waveform generator Agilent Technologies Agilent 33250A

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प्रत्यारोपण नियंत्रण वायरलेस बैटरी मुक्त सिस्टम परिधीय तंत्रिका इंटरफेसिंग सेंसर एक्ट्यूएटर्स टेथर्ड सिस्टम बैटरी पावर ऑपरेशन समय सीमा विकास पूरी तरह से प्रत्यारोपण योग्य उपकरण वायर्ड अग्रदूत सर्जिकल प्रत्यारोपण वायरलेस पावर और नियंत्रण वयस्क चूहे वैज्ञानिक तंत्रिका मॉडल फ्रेनिक तंत्रिका मॉडल यौगिक मांसपेशी कार्रवाई क्षमता (सीएमएपी) चिकित्सीय विद्युत उत्तेजना प्रोटोकॉल तंत्रिका मरम्मत के लिए नाली विस्तारित उपचार विकल्प
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Wang, H., D’Andrea, D., Choi,… More

Wang, H., D’Andrea, D., Choi, Y. S., Bouricha, Y., Wickerson, G., Ahn, H. Y., Guo, H., Huang, Y., Sandhu, M. S., Jordan, S. W., Rogers, J. A., Franz, C. K. Implantation and Control of Wireless, Battery-free Systems for Peripheral Nerve Interfacing. J. Vis. Exp. (176), e63085, doi:10.3791/63085 (2021).

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