Method Article

Регенеративный интерфейс периферических нервов мышечной манжеты для усиления интактных сигналов периферических нервов

DOI:

10.3791/63222

⸱

January 13th, 2022

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Surgery, Section of Plastic Surgery, The University of Michigan Health System, 2Department of Biomedical Engineering, The University of Michigan, Ann Arbor

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Эта рукопись представляет собой инновационный метод разработки биологического периферического нервного интерфейса, называемого регенеративным интерфейсом периферических нервов мышечной манжеты (MC-RPNI). Эта хирургическая конструкция может усиливать связанные с ней двигательные эфферентные сигналы периферического нерва, чтобы облегчить точное обнаружение двигательного намерения и потенциальное управление устройствами экзоскелета.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Роботизированные экзоскелеты получили недавнее признание в области реабилитационной медицины как многообещающая модальность функционального восстановления для людей со слабостью конечностей. Тем не менее, их использование по-прежнему в значительной степени ограничивается научно-исследовательскими институтами, часто действующими в качестве средства статической поддержки конечностей, поскольку методы обнаружения двигателей остаются ненадежными. Периферические нервные интерфейсы возникли в качестве потенциального решения этого недостатка; однако из-за их по своей сути небольших амплитуд эти сигналы может быть трудно отличить от фонового шума, что снижает их общую точность обнаружения двигателя. Поскольку современные интерфейсы полагаются на абиотические материалы, разрушение присущего материала может происходить вместе с реакцией ткани инородного тела с течением времени, что еще больше влияет на их точность. Регенеративный интерфейс периферических нервов мышечной манжеты (MC-RPNI) был разработан для преодоления этих отмеченных осложнений. Состоящая из сегмента свободного мышечного трансплантата, закрепленного по окружности к неповрежденному периферическому нерву, конструкция регенерируется и со временем реиннервируется содержащимся нервом. У крыс эта конструкция продемонстрировала способность усиливать потенциалы двигательного эфферентного действия периферического нерва до 100 раз больше нормального значения за счет генерации сложных потенциалов мышечного действия (CMAP). Такое усиление сигнала облегчает высокоточное определение намерения двигателя, потенциально обеспечивая надежное использование экзоскелетных устройств.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Только в Соединенных Штатах около 130 миллионов человек страдают от нервно-мышечных и опорно-двигательных расстройств, что приводит к ежегодному экономическому воздействию более 800 миллиардов долларовСША 1,2. Эта группа расстройств, как правило, вторична по отношению к патологии в нервной системе, в нервно-мышечном соединении или в самой мышце3. Несмотря на разнообразие патологического происхождения, большинство разделяют некоторую степень слабости конечностей 1,3. К сожалению, эта слабость часто носит постоянный характер, учит....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Все процедуры и эксперименты на животных были проведены с одобрения Комитета по институциональному уходу и использованию животных Мичиганского университета (IACUC). Самцы и самки крыс Фишера F344 и Льюиса (~200-300 г) в возрасте 3-6 месяцев чаще всего используются в экспериментах, но теоретически может быть использован любой штамм. При использовании донорских крыс вместо аутологичных мышечных трансплантатов, донорские крысы должны быть изогенными для экспериментального штамма. Крысам предоставляется свободный доступ к пище и воде как до, так и после операции. После оценки конечных точек эвтаназия проводится под глубокой анестезией с внутрисердечной инъекцией хлорида к....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Хирургическое изготовление MC-RPNI считается периоперационным провалом, если крысы не выживают после хирургической анестезии или не развивают инфекцию в течение недели после операции. Предыдущие исследования показали, что 3-месячный период созревания приведет к надежному усилению сигнала от этой конструкции 42,45,48,49. В это время или после этого может произойти хирургическое воздействие конст.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

MC-RPNI - это новая конструкция, которая позволяет усиливать интактные эфферентные потенциалы действия периферического двигательного нерва, чтобы точно управлять устройством экзоскелета. В частности, MC-RPNI дает особую пользу тем людям со слабостью конечностей, вызванной значительным заболеванием мышц и / или отсутствием мышц, где сигналы ЭМГ не могут быть зарегистрированы. Снижение и без того нарушенной мышечной функции было бы разрушительным для этой популяции; однако MC-RPNI обладает способностью обеспечивать усилени.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Авторы не раскрывают информацию.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Авторы благодарят Яну Мун за ее экспертное управление лабораторией и техническую помощь и Чарльза Хванга за его опыт в области визуализации. Эксперименты в этой статье были частично профинансированы за счет грантов Фонда пластической хирургии SS (3135146.4), а также Национального института детского здоровья и развития человека под номером 1F32HD100286-01 для SS и Национального института артрита, опорно-двигательного аппарата и кожных заболеваний Национальных институтов здравоохранения под номером награды P30 AR069620.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
#15 СкальпельAspen Surgical, IncRef 371115Ребра назад Хирургические лезвия из углеродистой стали (#15)
2-N-тонкопленочный тензодатчик (S100)Устройства для измерения деформации, IncSMD100-0002Измеряет силу, создаваемую прикрепленной мышцей
4-0 Хромовый шовEthicon Артикул# 1654GP-3 Игла обратной резки
5-0 Хромовый шовEthicon Артикул# 687GP-3 Игла обратной резки
8-0 Монофиламентный шовAROSurgicalT06A08N14-13Черный полиамидный монофиламентный шов на нитевой конической игле
Экспериментальные крысыEnvigoF344-NH-sdRats is Fischer F344
Strain Тонкие щипцы - зеркальная отделкаFine Science Tools11413-11Щипцы с тонкими наконечниками и зеркальным покрытием идеально подходят для работы с деликатными структурами, такими как нервы
Fluriso (Isofluorane)VetOne13985-528-40Измерение силы ингаляционного анестетика
ДжигRed Rockn/aСпециально разработанный приспособление для измерения силы, которое позволяет иммобилизовать заднюю конечность для обеспечения точной регистрации мышечной силы
программное обеспечение MATLABMathworks, IncPR-MATLAB-MU-MW-707-NNUРассчитывает активную силу для каждой зарегистрированной траектории силы от пассивной и общей силы измерения
Nicolet Viasys EMG EP SystemNicoletMFI-NCL-VIKING-SELECT-2CH-EMGПортативная система регистрации ЭМГ и нервных сигналов, способная к одновременной 2-канальной записи от нервов и/или мышц
КислородКриогенные газыUN1072Стандартные медицинские кислородные баллончики
Хлорид калияAPP Pharmaceuticals63323-965-20Инъекционная форма, 2 мг-экв/мл
Повидон Йод USPMediChoice65517-0009-110% раствор для местного применения, можно использовать один флакон для нескольких хирургических приготовлений
Puralube Vet Opthalmic OintmentDechra17033-211-38Защитная мазь роговицы для использования во время процедуры
Rimadyl (Caprofen)Zoetis, Inc.NADA# 141-199Инъекционная форма, 50 мг/мл
СтереомикроскопLeicaModel M60Пользователь может регулировать увеличение по своему усмотрению
Хирургические инструментыИнструменты для тонкой наукиРазличныепользователи могут выбирать инструменты в соответствии с личными предпочтениями или из того, что в настоящее время доступно в их лаборатории
Мазь с тройным антибиотикомMediChoice39892-0830-2Мазь выпускается в стерильных одноразовых пакетиках
Пружинные ножницы Vannas - 2 мм передоваяFine Science Tools15000-04Изогнутые ножницы для микродиссекции, используемые для выполнения эпинарийного окна
VaporStick 3SurgivetV7015Анестезиологическая башня с местом для изофторана и кислородного баллончика
Webcol Alcohol PrepCovidenRef 6818Спиртовые салфетки для подготовки; используйте новую салфетку для каждой подготовки

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Andersson, G. S. The burden of musculoskeletal diseases in the United States : prevalence, societal, and economic cost. American Academy of Orthopaedic Surgeons. , Rosemont, IL. (1942).
  2. Yelin, E. H., Weinstein, S., King, T.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Muscle Cuff RPNIPeripheral Nerve InterfaceNerve Signal AmplificationCompound Muscle Action PotentialsMotor Intent DetectionExoskeleton ControlMuscle GraftEpineurial WindowElectrophysiologic TestingNeuromuscular Junctions

Related Articles