本方案描述了在大鼠腹部迷走神经上植入电极阵列的外科手术技术，以及利用植入装置进行长期电生理记录和刺激的方法。
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本文内容
摘要
摘要
腹部迷走神经刺激（VNS）可应用于大鼠膈下迷走神经分支。由于其解剖位置的特点，该方法不会产生颈段迷走神经刺激常见的呼吸和心脏脱靶效应。由于不存在呼吸和心脏方面的脱靶效应，因此无需降低刺激强度以减轻颈段VNS期间常见的副作用。近年来少数研究表明，腹部VNS在炎症性肠病、类风湿性关节炎的大鼠模型中具有抗炎作用，并可在2型糖尿病大鼠模型中降低血糖水平。大鼠是探索该技术潜力的理想模型，原因在于其迷走神经解剖结构明确、神经尺寸较大便于操作，且存在多种可用的疾病模型。本文描述了腹部VNS电极阵列的清洗与灭菌方法，以及在大鼠中实施手术的操作流程。我们还介绍了通过记录诱发电复合动作电位来确认超阈值刺激所需的技术。腹部VNS有望为包括炎症性疾病在内的多种病症提供选择性强且有效的治疗手段，其应用前景预计将类似于颈段VNS那样不断拓展。
引言
颈部颈区给予的迷走神经刺激（VNS）已获美国食品药品监督管理局（FDA）批准，用于治疗难治性癫痫、难治性抑郁症以及缺血性卒中后的康复治疗1，并在欧洲获得欧洲委员会批准用于心力衰竭治疗2。非侵入性颈段VNS已获FDA批准用于偏头痛和头痛的治疗1。随着近期临床试验显示VNS在克罗恩病3、类风湿关节炎4,5以及糖耐量受损和2型糖尿病6,7等其他适应证中具有疗效，其应用范围有望进一步扩大。尽管前景良好，颈段VNS可能因非靶向激活支配肺和心脏的神经纤维而导致心动过缓和呼吸暂停8,9,10。在接受颈段VNS治疗的患者中，常见不良反应包括咳嗽、疼痛、声音改变、头痛以及呼吸暂停-低通气指数升高11,12。降低刺激强度是减轻这些....
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方案
所有涉及动物的实验程序均经圣文森特医院（墨尔本）动物伦理委员会批准，并符合《澳大利亚科学研究中动物护理与使用的准则》（澳大利亚国家卫生与医学研究委员会）以及《防止虐待动物法案》（1986年）。本研究共使用了24只雌性深色阿古提大鼠（8-9周龄）。实验分组如下：正常对照组（n = 8），未接受胶原注射或迷走神经刺激（VNS）植入；未刺激疾病组（n = 8），接受植入和胶原注射（未进行电生理测试）；刺激疾病组（n = 8），接受植入、胶原注射、电生理测试及VNS治疗。植入手术在胶原注射前5天进行，VNS治疗的适应性训练在胶原注射后第4天开始，持续7天。VNS治疗在胶原注射后的第11至17天（含）进行15。对于刺激疾病组，电生理测试在植入手术后麻醉状态下立即进行，随后在胶原注射当天、胶原注射后10天以及实验终止日（胶原注射后第17天）各进行一次。
1. 电极阵列的超声处理与灭菌
- 将超声波清洗器设置为 80 kHz 的频率，并向超声波清洗槽中加入自来水。将电极阵列浸入清洁溶液中，放入洁净的塑料容器内，然后置于超声波清洗槽中。
注意：各步骤所用的清洁溶液及超声时间详见表 1。每一步均需使用洁净的容器。 - 使用经过 0.5% 液体清洁溶液（溶于蒸馏水中）超声处理并用蒸馏水冲洗过的洁净镊子，将超声处理后的电极阵列放入灭菌....
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结果
术后立即记录诱发电位复合动作电位（ECAPs，图3A、B）是一种可用于确认神经在阵列通道内位置正确，并验证刺激能够有效激活迷走神经的技术。
在图3中，将VNS电极阵列植入雌性深色阿瓜地大鼠（8-9周龄）。随机选中接受治疗性刺激的大鼠，在术后立即（第0天，图3A）以及VNS治疗结束时（第23天，图3B）记录ECAP。ECAP的存在（图3B）表明刺激强度高于神经阈值，且神经已被成功激活。若未记录到ECAP，则将该动物从VNS治疗组中剔除，因为无法保证刺激已成功传递15。神经反应的潜伏期（图3A、B中绿色箭头所示）可用于.......
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讨论
这种腹部迷走神经刺激（VNS）植入手术方法以及对迷走神经进行慢性刺激并记录复合动作电位（ECAPs）的技术已在大鼠中成功应用，并在植入后5周内表现出良好的耐受性10,15,16。在手术过程中，将胃、肝脏和肠道牵拉以充分暴露食管和迷走神经，是关键步骤之一。当这些器官被牵开后，迷走神经即可被清晰地显露。牵拉胃部可能会影响动物的呼吸功能，此时应适当放松牵开器。此外，在切开食管周围结缔组织以暴露迷走神经时，需特别注意避免损伤膈肌，否则可能导致胸腔内压力紊乱、严重呼吸抑制，甚至造成动物在术中死亡。建议仅清除足够容纳电极阵列置于肝支和腹腔支上方所需的食管周围结缔组织即可。
可能的术后并发症包括食管周围的组织粘连、疝气以及术后肠麻痹。术中及关闭腹腔前，在腹腔内充分使用无菌生理盐水可减少组织粘连的发生。将腹膜层与肌肉层一起缝合也有助于保护内脏器官并减少组织粘连。由于肝脏容易发生挫伤，而肠道操作可能引发术后肠麻痹，.......
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披露
本研究是在不存在任何可能被解释为潜在利益冲突的商业或财务关系的情况下进行的。
致谢
大鼠腹部迷走神经刺激（VNS）植入装置的开发由美国国防高级研究计划局（DARPA）生物技术办公室（BTO）资助，在Doug Weber博士和Eric Van Gieson博士的指导下，通过空间与海军战系统中心执行（合同号：N66001-15-2-4060）。本出版物所报告的研究得到了仿生学研究所孵化基金的支持。仿生学研究所感谢维多利亚州政府通过其运营基础设施支持计划提供的支持。我们谨此感谢Owen Burns先生在机械设计方面的贡献，John B Furness教授在解剖学方面的专业指导，Robert K Shepherd教授在外周接口、神经调节和记录技术方面的专业知识，Philippa Kammerer女士和Amy Morley女士在动物饲养与实验测试中的协助，Fenella Muntz女士和Peta Grigsby博士在术后动物护理方面的建议，以及Jenny Zhou女士和NeoBionica公司电极制造团队在VNS阵列生产中的支持。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 0.9% 生理盐水 | Briemarpak | SC3050 | |
| 拜耳灵（Baytril） | Bayer | ||
| 贝塔碘（Betadine） | 赛诺菲-安万特医疗（Sanofi-Aventis Healthcare） | ||
| 布普利菲（Buprelieve，丁丙诺啡） | Jurox | ||
| 数据采集设备 | National Instruments | USB-6210 | |
| DietGel Boost（饮食凝胶补充剂） | ClearH2O | ||
| Dumont 镊子，5号型 | ProSciTech | T05-822 | |
| Dumont 镊子，N7号型，自闭式 | ProSciTech | EMS72864-D | |
| Elmasonic P 超声仪 | Elma | ||
| 哈特曼溶液（Hartmann's solution） | Baxter | AHB2323 | |
| 止血钳 | ProSciTech | TS1322-140 | |
| HPMC/PAA 保湿眼用凝胶 | Alcon | ||
| Igor Pro-8 软件 | Wavemetrics, Inc | ||
| 异氟烷（Isoflo，Isoflurane） | Zoetis | ||
| 隔离式差分放大器 | World Precision Instruments | ISO-80 | |
| 液体派洛内格（Liquid pyroneg） | Diversey | HH12291 | 清洗溶液 |
| 马卡因（Marcaine，布比卡因） | Aspen | ||
| 塑料手术单 | Multigate | 22-203 | |
| 大鼠迷走神经植入装置 | Neo-Bionica | ||
| 力美达（Rimadyl，卡洛芬） | Zoetis | ||
| 丝线缝合线 3-0 | Ethicon | ||
| 丝线缝合线 7-0 | Ethicon | ||
| SteriClave 高压灭菌器 | Cominox | 24S | |
| 无菌一次性手术衣 | Zebravet | DSG-S | |
| 自杀镍钩（Suicide Nickel hooks） | Jarvis Walker | ||
| 超纯水 | Merck Millipore | Milli-Q Direct | |
| 吸水垫 | Zebravet | UP10SM | |
| Vannas 剪刀 | ProSciTech | EMS72933-01 | |
| 薇乔缝合线 4-0 | Ethicon |
参考文献
- Fang, Y. T., et al. Neuroimmunomodulation of vagus nerve stimulation and the therapeutic implications. Front Aging Neurosci. 15, 1173987(2023).
- Fudim, M., et al. Device therapy in chronic heart failure: JACC state-of-the-art review.
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重印与许可
