2024年1月19日
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。
腹部迷走神经刺激(VNS)的优势在于不会引起与颈部迷走神经刺激相关的心脏和呼吸系统副作用。本研究旨在探讨腹部迷走神经刺激在类风湿关节炎大鼠模型中的抗炎作用。此前,我们已证实腹部迷走神经刺激可减轻炎症性肠病大鼠模型的症状。
目前正在进行首次人体临床试验,以研究腹部迷走神经刺激术(abdominal VNS)作为炎症性肠病治疗方法的安全性和有效性。我们正在拓展神经调控研究,以探索是否能够记录炎症自发诱导的迷走神经活动,作为开发用于治疗炎症性疾病的自适应腹部迷走神经刺激系统的下一步。我们已证实,腹部迷走神经刺激不会引起与颈部迷走神经刺激相关的任何心脏或呼吸系统脱靶效应。
在炎症性肠病和类风湿性关节炎的大鼠模型中,它具有抗炎作用。与颈段迷走神经刺激相比,腹部迷走神经刺激对机体的作用尚不明确。本方案可能有助于建立实验方案,用于测试腹部迷走神经刺激对健康动物不同生理参数的影响,或对系统性红斑狼疮和慢性肾病等炎症状态的影响。
首先,将麻醉后的大鼠置于手术台上。随后,使用带有25号针头的1毫升注射器皮下注射镇痛剂。为防止动物在麻醉期间眼睛干涩,需涂抹眼用凝胶。
然后,在切口周围进行充分剃毛。使用碘伏清洁手术部位,并在动物体表覆盖手术巾。使用带有25号针头的1毫升注射器,于切口部位皮下注射布比卡因。
使用手术刀片在背部制作一个2厘米长的切口,用于经皮基座。将大鼠转为仰卧位,在剑突下方沿中线处的皮肤上做一个3厘米长的切口。提起切口附近的皮肤,使用解剖剪刀在切口周围将皮肤层与肌肉层进行钝性分离。
进行电极阵列的皮下穿隧时,将动物置于其右侧。从腹侧切口插入止血钳,并钝性分离至背侧切口位置。接着取一个针头帽,剪去其边缘,将电极阵列插入其中,以在转移过程中提供保护。
用戴好无菌手套的手将电极阵列从皮下隧道引向腹侧切口。为观察食管和迷走神经,再次将动物置于仰卧位。在剑突下方沿中线的肌层做一3厘米切口,以暴露肝脏。
在腹部正中切口的外侧肌层上做一个较小的切口。使用改良的针帽将电极阵列经此小切口穿入腹腔。然后牵开皮肤和肌层,以保持腹腔开放。
使用Vannas剪刀剪除周围结缔组织,并将一小块浸有生理盐水的纱布置于腹腔内。将牵开器置于食管与胃之间,轻轻牵拉胃部,以拉直食管和迷走神经。随后,暴露食管的腹侧表面,辨认腹段迷走神经及其分支,包括肝支、腹腔支以及两个胃支。
使用精细镊子和Vannas剪刀切断固定腹腔迷走神经与食管之间的结缔组织。从肝支和腹腔支上方开始,向膈肌方向游离迷走神经。将电极阵列放置于神经旁,以确保分离出足够长度的神经段,能够容纳电极阵列。
清除结缔组织后,将丝线缝合线从电极侧穿过神经下方的阵列套管。打开阵列套管,小心地将神经置入阵列通道中。随后,牢固地将缝合线围绕套管打结,以防止神经滑脱,并在打结后剪除多余的缝线。
使用7-0丝线缝合将阵列的标签固定在食管上,以固定阵列位置并防止其扭转。将肝脏复位至正常位置。使用1毫升注射器向腹腔内注入1至2毫升温热的无菌生理盐水。
使用3-0丝线,采用连续单纯缝合技术关闭肌层。在两端均打至少三个结的牢固方结,以确保缝线固定可靠。使用可吸收缝合材料,采用皮下埋线技术缝合皮肤切口,防止动物自行撕脱缝线。
将动物转为腹侧卧位。使用剪刀将背侧切口延长至4到5厘米,并在肌肉层与皮肤层之间进行钝性分离,使经皮连接器的基座能够平整地贴合于肌肉层上。使用3-0丝线在连接器基座周围进行6到8针间断单纯缝合,将其固定于下方的肌肉层。
使用3-0丝线,采用水平褥式缝合技术关闭皮肤切口。手术结束后,皮下注射哈特曼氏溶液。首先将电极阵列插入大鼠的腹侧迷走神经。
进行电生理测试时,将一根电缆的一端连接到经皮连接器,另一端连接到刺激器。测量电压波形第一相末尾的峰值电压,并根据欧姆定律计算总阻抗。然后将一对电极连接至刺激器,另一对电极连接至记录设备。
使用VNS植入装置的参考电极进行双极刺激,以差分记录方式采集ECAP。利用数据采集与分析软件,每组平均记录50次重复,共进行两组记录。使用数据分析软件测量分析时间窗内波形的峰-峰值电压,以分析ECAP反应。
本研究概述了一种在大鼠腹部迷走神经上植入电极阵列的手术方案,旨在研究腹部迷走神经刺激(VNS)在类风湿性关节炎和炎症性肠病模型中的抗炎作用。与颈部迷走神经刺激相比,该研究强调了该方法不会产生不良的心脏和呼吸效应。
在清醒大鼠模型中进行腹部迷走神经刺激(VNS),可实现选择性神经调节研究,避免了颈段VNS所引起的心脏和呼吸系统脱靶效应。该方法有助于在临床前研究中对抗炎治疗策略进行机制性风险评估并提高预测可信度。该技术使腹部VNS成为一种可扩展的平台,可用于在多种炎症相关疾病模型中评估神经调节作用。
该方法通过实现假设驱动的神经调节研究、定量电生理评估以及转化性疾病建模,融入从发现到临床前研究的连续过程。