Name: 在啮齿动物脊髓中植入光电器件 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-07-12T14:40:00.000+00:00
Duration: 4 min 35 s
Description: 学习在啮齿动物脊髓中植入光电器件的方法，采用外侧或内侧椎板切除术技术。该手术方案适用于无外科经验的研究人员，可安全探索脊髓神经环路功能，术后运动功能保持良好。

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S.S. 获得不列颠哥伦比亚大学四年博士奖学金的部分资助。A.M. 获得加拿大卫生研究院（CIHR）加拿大研究生奖学金—硕士阶段的部分支持。D.S. 感谢不列颠哥伦比亚省迈克尔·史密斯健康研究学者奖提供的经费支持。本研究获得加拿大政府新前沿研究基金—变革项目（NFRFT-2020-00238）的部分资助。图示中的 图1 使用 Biorender.com 生成，3D 模型经 sketchfab.com 授权获得。

所有操作均按照加拿大动物护理委员会的指南进行，并由不列颠哥伦比亚大学动物护理委员会监督。使用雌性Long-Evans大鼠，体重350–450 g，年龄6–8个月，群体饲养（21 °C；12 h:12 h光照&#160;循环）并给予 随意摄取 手术前后均可自由获取标准啮齿类动物饲料。本研究中所用试剂与设备的详细信息列于下文 材料表.
1. 术前准备
<ol>
	<li>使用高压灭菌器对所有手术器械进行灭菌。</li>
	<li>通过氧气（流速为 1 L/min）输送异氟烷（诱导浓度为 5%，维持浓度为 2%）对动物进行麻醉。</li>
	<li>将动物从诱导室转移至加热垫，并立即连接异氟烷鼻罩。通过确认双后肢趾夹反射完全消失，验证动物已达到外科麻醉深度。</li>
	<li>从大鼠耳基部开始剃除背部毛发，如图2A所示。</li>
	<li>在眼睛上涂抹足量无菌眼膏，并皮下注射布托啡诺（稀释至0.03 mg/kg）和10 mL温热至体温的乳酸林格氏液。</li>
	<li>用无菌手术擦洗剂（氯己定）以圆形擦拭方式从剃毛区域中心向外周扩展清洁，随后使用异丙醇重复该步骤；共重复肥皂/酒精清洁过程三次。</li>
	<li>将动物固定于立体定位仪上，使用润滑过的耳杆固定头部以确保稳定（图2A）。 
	注意：在整个操作过程中，应持续提供保温支持，通过趾夹反射检查麻醉深度，并监测生命体征。</li>
	<li>在动物体表覆盖无菌手术巾。</li>
</ol>
2. 颈部脊髓暴露
<ol>
	<li>使用无菌镊子，首先触诊颅底。在颅底附近寻找一个沿头尾方向延伸的显著棘突，此即为C214 (图1B 和 图2B).</li>
	<li>在C2以下进行触诊，寻找一个明显尖锐的棘突，可辨认为T215 (图1B 和 图2C).</li>
	<li>使用手术刀在皮肤上做切口，从C2开始向尾侧延伸约1.5 cm（图 2D). 
	注意：不同体型动物的切口大小可能有所差异。应提前确认解剖学标志，并据此进行操作。</li>
	<li>用手术刀仔细切开皮下脂肪层，以暴露其下方完整的背侧肌肉组织。</li>
	<li>暴露背侧肌肉后，使用两把Adson镊子从正中线向两侧钝性分离肌肉图2E). 
	注意：应进行钝性分离（将肌纤维拉开）而非切割肌肉，以尽量减少出血。充分暴露背侧肌肉组织后，应可见一球状肌肉（图 2G该肌肉完全覆盖第2颈椎，并部分覆盖第3颈椎。</li>
	<li>使用咬骨钳和无菌镊子，在切口区域后方立即提起一片皮瓣。用咬骨钳创建一个小的皮下囊袋——该位置将用于放置装置图2F). 
	注意：皮下囊袋应大于设备本身。建议外科医生调整位置，面对动物的腹侧，以在打开皮下囊袋时提高操作控制性和视野可见度。</li>
	<li>放置牵开器以暴露脊柱图 2G).</li>
	<li>使用咬骨钳去除覆盖在椎骨上的任何残留肌肉或组织，并开始辨认脊髓节段。在球状肌肉后方紧邻的是C4节段，随后是C5和C6节段（图 2G- I完成后，用无菌生理盐水冲洗手术区域，并用无菌纱布擦干。 
	注意：球形肌肉完全包绕C2，并部分延伸至C3。与其直接尾侧接触极少的脊髓节段定为C4。</li>
	<li>根据探针的预期用途进行椎板切除术。
	<ol>
		<li>在椎板下方放置探针时，于 C5 和 C6 椎体处进行侧方椎板切除术，于椎板上制备偏侧开口，以备后续探针置入图 2H, 补充图 1A).</li>
		<li>在椎板处放置探针时，需进行C5节段的内侧椎板切除术，注意不要切除棘突的外侧部分，仅暴露供探针置入的内侧通路（图2I, 补充图1B).</li>
		<li>椎板切除术后，用无菌生理盐水冲洗该区域，并用无菌纱布擦干，以清除任何骨碎片。 
		注意：进行椎板切除术时，必须将咬骨钳紧贴骨骼向上施力，避免任何向下的动作，以防损伤脊髓。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. 装置的硬膜外放置
<ol>
	<li>使用带塑料尖头的无菌镊子夹持无菌装置（图3A），将其插入步骤2.9中预先制作的皮下开口内。 
	注意：必须避免使用非无菌手套或工具接触装置，以保持装置的无菌性。应使用专用的无菌镊子进行装置在皮下的放置和定位。</li>
	<li>将装置缝合或粘合至邻近的肌肉层，以确保其固定牢固，所有缝合操作及相关步骤均需保持无菌。建议使用6-0或7-0不可吸收缝线以实现最佳固定效果（图3B）。 
	注意：若采用缝合方式将装置固定于肌肉上，必须使用不可吸收缝线，否则在缝线被体内吸收后，装置可能发生移位。若使用胶水固定，应选用市售的无菌外科手术粘合剂，以确保其长期稳定性和生物相容性。避免将装置固定于皮下脂肪/脂肪组织层，以保证可靠的锚定点。
	<ol>
		<li>在执行此步骤前，应预先规划好装置本体的位置。由于装置将被永久固定，若其位置距离脊髓目标节段过近或过远，则可能在后续探针放置步骤（步骤3.4）中引发问题。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>将牵开器放置于脊髓周围，打开适当窗口，以便将探针置于脊髓表面。</li>
	<li>探针放置：
	<ol>
		<li>探针置于椎板下方：使用带塑料尖头的镊子，将探针小心地从步骤2.9.1中创建的侧向通道滑入，并插入（C5和C6）椎板下方（图3D）。</li>
		<li>探针置于脊髓上方：
		<ol>
			<li>使用带塑料尖头的镊子调整探针位置，使其尖端对齐并准确放置于步骤2.9.2中在C5节段创建的中线窗口上方（图3C）。</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
	<li>在无菌、小型且 preferably 陶瓷容器中，取一勺牙科水泥粉末，加入3滴高润滑脂和1滴催化剂，混合均匀。使用无菌牙签搅拌，直至形成粘稠状混合物。 
	注意：建议由未参与手术操作的人员提前配制水泥，以便术者可在施加水泥前立即固定探针并干燥目标区域。此步骤具有时间敏感性。务必确保术者在配制水泥前已将探针定位完毕。一旦加入催化剂，若延迟操作，水泥将迅速变稠，无法有效与骨组织结合。建议在正式手术前预先练习水泥配制，以确保在实际应用时能准确掌握其理想稠度。</li>
	<li>彻底干燥拟进行水泥固定的椎骨区域，以形成可靠的锚定基础。将1–2滴牙科水泥涂抹于探针尖端，该尖端应位于目标椎体水平（本例为C4）的上方（图3C、D）。 
	注意：在进行水泥固定前，椎体表面必须尽可能干燥，否则水泥无法有效粘附，探针亦无法牢固固定。</li>
	<li>暂停30秒，轻轻触碰水泥以确认其是否已固化。</li>
	<li>若水泥尚未完全固化，需额外等待20秒，并重新涂抹新配制的水泥，直至探针牢固固定于骨组织上。 
	注意：当水泥触感坚硬且无弹性时，表明其已充分结合。 
	警告：若在水泥仍处于过稀状态时即行施加，可能导致其渗入椎体间的脊髓组织。一旦发生此情况，应等待约10秒，待水泥增稠至类似口香糖的质地后，再使用镊子轻柔地清除接触脊髓组织的水泥。</li>
</ol>
4. 术后操作
<ol>
	<li>手术完成后，使用5-0薇乔缝线缝合切口部位。轻柔地将动物从立体定位仪中取出，并转移至加热的恢复舱中。术后最初3-5天内，为动物提供柔软、湿润的饲料、零食以及水凝胶。</li>
	<li>术后第一周内，每天对动物进行两次全面监测。在术后接下来的2天内，每天两次给予布托啡诺和温热的乳酸林格氏液注射；若疼痛症状持续，则应延长给药时间。&#160;植入后一周内每日称量动物体重，之后每周称重一次。如发现体重下降，应及时咨询兽医。持续进行每日检查，直至动物无任何临床健康问题；此后至少每周检查一次。 
	注意：应监测动物是否出现超过20%的体重减轻、对治疗无反应的严重疼痛、植入物外露或较大的血清肿（达植入物体积的3倍）、自噬行为、脱水，或多种症状合并导致临床健康评分达到需实施安乐死的标准。必要时请咨询兽医以确定治疗方案。</li>
	<li>（可选）在手术完成并关闭切口后，可在皮肤表面标出装置的轮廓，以直观显示其在体内的位置（图4A）。 
	注意：当装置需要外部访问时，此步骤尤为有用，例如需通过体外发射器无线供电且天线耦合至关重要的装置，或需经皮肤补充药物的药物递送泵16,17,18。</li>
</ol>

Spinal Cord Surgery and Optical Shank Implantation in Rodents

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</ol>

作者无利益冲突。

神经调节和脊髓的治疗干预通常需要将探针精确地放置于特定的目标节段3,4,7,13。鉴于脊髓本身具有一定的活动性，必须可靠地固定探针，以支持长期的慢性研究。根据具体应用需求，可能需要控制探针是否与脊髓发生直接物理接触，或尽可能减少接触以降低炎症性组织反应。因此，本文描述了两种方法各自的手术步骤。本方案详细说明了如何将探针放置于脊髓颈段C5位置。然而，通过使用文中所述T2或T10脊髓节段作为解剖标志，在暴露后分别从T2或T10向下计数椎骨，也可将探针同样精确地置于胸段或腰段的相应部位。此外，为最大限度减少对脊髓组织的损伤，我们将通常体积较大且更刚性的装置主体固定于远离脊髓的皮下空间。
植入与探针耦合的装置时，有一些关键要点需要注意。首先，在用胶固定探针之前，必须预先确定装置主体的位置。这一步至关重要，因为它能够优化探针尖端与装置主体之间的距离，从而减少探针对组织的张力，并避免探针过长而导致扭曲或移位等问题。本质上，目标是使探针的长度与从皮下放置装置主体的位置到目标脊髓区域（探针固定处）之间的距离相匹配。通过开展终末手术实验，测试不同长度的探针，可以为特定目标节段确定最合适的探针尺寸。
为保持无菌状态，植入皮下囊袋时应小心操作该装置，避免其与皮肤外层接触。此类接触可能破坏装置的无菌性，进而导致术后感染。此外，使用镊子夹持装置时应尽量减小施加的力度，以防损坏其涂层。该涂层通常为一层薄而具有保护性、绝缘性和无菌性的覆盖层20,21。若涂层被去除，可能导致装置寿命显著缩短，例如引发电路短路、对动物造成电击和/或诱发机体炎症反应。使用塑料头镊子操作该装置可能有助于减少此类并发症的发生。
在将装置缝合到软组织时，应避免缝合至皮下脂肪组织。根据初步试验观察，脂肪层并非缝合的可靠锚定点，因其容易发生撕裂。相反，应使用不可吸收缝线将装置本体缝合至皮下间隙中的邻近肌肉层，以实现装置在体内的永久固定。另一方面，在将探头固定至棘突时，必须确保探头固定部位在涂抹骨水泥前保持干燥。湿润的骨骼或探头会延长固化时间，甚至可能导致固定过程完全失败。
在植入手术之前，需要仔细考虑与可植入装置相关的一些关键因素。（1）装置的电学活性部分必须由绝缘钝化层封装。钝化层的任何缺陷都可能导致装置功能失效。（2）可植入装置必须根据机构的动物实验规程进行彻底灭菌。（3）装置与神经探针或刺激电极插片之间的连接必须牢固可靠。由于动物持续活动，该连接部位将反复承受机械应力。（4）连接到装置上的神经探针或刺激电极插片必须具有足够的柔韧性和延展性，以避免在多个位置发生断裂。
所述方案可推广至不同体型的动物模型中植入装置。在确定解剖标志后，可系统性地调整所述手术方法，以将任意神经探针或刺激电极固定于脊髓的靶向节段，并植入其相应的控制模块。然而，根据具体应用的不同，所用装置的尺寸、材料和厚度可能与本文所植入的装置存在差异；例如，连接外部控制模块的装置需要额外的考量。此外需注意，尽管本方案专为光遗传学刺激设计，其他神经调控应用（如药物递送或电刺激/记录）则需要略微不同的手术步骤。具体而言，这些应用需要进行硬膜下植入，以确保与硬膜下脊髓组织的直接接触7。但对于光遗传学而言，通常无需与组织紧密接触，因为啮齿类动物的硬脑膜对光穿透的阻碍不显著，从而使光源能够置于硬膜外10。

脊髓支持多种重要的中枢神经系统功能，从协调运动行为到调节呼吸等稳态过程1,2。要阐明脊髓内复杂神经环路网络的功能，需要借助各种接口技术，用于对特定区域进行电刺激、记录、药物递送或光刺激3,4,5,6。尽管已有设备被开发用于实现上述功能探测7,8,9,10,11，但这些设备在脊髓中的长期植入仍需依赖专门的外科手术技术4。特别是脊髓及其相关椎骨在自然运动（如伸展和弯曲）中更容易受到机械形变的影响8,12,13。这些脊髓特有的特性使得在长时间内确保植入探针在特定节段保持稳定、功能正常且固定牢固变得本质上极具挑战性。
本文描述了一种将光学探针插入并固定于脊髓靶向节段的手术方案（图1A）。由于已有研究表明，颈椎区域特别是颈5（C5）节段的手术操作会带来独特的挑战9，因此本方案特别以C5颈椎区域为例进行演示。颈椎结构复杂性的原因在于其位置较深且周围肌肉组织丰富，而这一特征在脊髓其他节段并不显著。尽管如此，本方案所述的操作步骤设计为可适用于脊髓不同节段的手术。文中提供了分步说明，指导如何通过皮肤表面可识别的显著解剖&#34;标志&#34;来定位并识别脊髓节段（图1B）。随后，方案详细阐述了两种外科植入技术：一种适用于需要与脊髓直接接触的探针，另一种适用于无需直接接触脊髓的探针。所述步骤旨在使任何接受过啮齿类动物存活手术培训的研究人员均可重复操作。
本方案包含在颈椎C5节段上方植入带有柔性光学探针的光电装置（18 mm × 13 mm）的逐步操作说明。该可植入装置固定于C5节段尾侧皮下，包含一个微尺度发光二极管（µLED）指示器，当脊髓光刺激发生时，该指示器会发光，从而实时反馈装置的功能状态。通过比较已植入装置的啮齿动物与接受假手术的啮齿动物，评估了植入式光学探针对自然运动功能的影响。结果表明，在植入后第七天，探针未对动物后肢和前肢的自然运动功能产生不利影响。

<table><tbody><tr><td>阿登镊子&amp;nbsp;</td><td>Fine Science Tools</td><td>11027-12</td><td></td></tr><tr><td>阿尔姆三点牵开器</td><td>Fine Science Tools</td><td>17010-10</td><td></td></tr><tr><td>布托啡诺 / Vetergesic&amp;nbsp;</td><td>CDMV</td><td>124918</td><td>厂家提供浓度为 0.3 mg/mL，但用于大鼠时需稀释至 0.03 mg/kg</td></tr><tr><td>2% 氯己定溶液</td><td>Partnar</td><td>PCH-020&amp;nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>带不锈钢棘轮锁紧镊的长弯止血钳</td><td>KaamKaaj Tools</td><td>14.5</td><td>带不锈钢棘轮锁紧镊的长弯止血钳</td></tr><tr><td>化学气相沉积聚对二甲苯设备：SCS Labcoter 2</td><td>Specialty Coating Systems</td><td>PDS 2010</td><td></td></tr><tr><td>牙科水泥 - 催化剂&amp;nbsp;</td><td>Parkell, Inc</td><td>S371</td><td></td></tr><tr><td>牙科水泥 - Metabond</td><td>Parkell, Inc</td><td>S398</td><td></td></tr><tr><td>牙科水泥 - 粉剂&amp;nbsp;</td><td>Parkell, Inc</td><td>S396</td><td></td></tr><tr><td>带可更换塑料尖头的镊子</td><td>Fine Science Tools</td><td>11980-13</td><td></td></tr><tr><td>弗里德曼-皮尔逊咬骨钳&amp;nbsp;</td><td>Fine Science Tools</td><td>16121-14</td><td></td></tr><tr><td>异氟烷 USP</td><td>Fresenius Kabi&amp;nbsp;</td><td>CP0406V2</td><td>通过精密蒸发器提供，诱导时为 5%，维持时为 2%&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>70% 异丙醇</td><td>McKesson</td><td>350600</td><td></td></tr><tr><td>Lacri-Lube 无菌眼膏&amp;nbsp;</td><td>Refresh&amp;nbsp;</td><td></td><td></td></tr><tr><td>长伊文斯大鼠</td><td>Charles River Laboratories</td><td>6</td><td></td></tr><tr><td>低温焊锡膏</td><td>Chip Quik Inc.</td><td>11.38</td><td></td></tr><tr><td>磁铁</td><td>Radial Magnets, Inc.</td><td>0.53</td><td>钕铁硼（NdFeB）N35 磁铁（3.00 mm × 1.00 mm）</td></tr><tr><td>带缝线剪的奥尔森-黑加持针器&amp;nbsp;</td><td>Fine Science Tools</td><td>12002-12</td><td></td></tr><tr><td>PDMS：SYLGARD&amp;nbsp;184</td><td>Sigma Aldrich</td><td>761036</td><td></td></tr><tr><td>手术刀片 - #15</td><td>Fine Science Tools</td><td>10015-00</td><td></td></tr><tr><td>手术刀柄 - #3</td><td>Fine Science Tools</td><td>10003-12</td><td></td></tr><tr><td>助焊剂</td><td>Chip Quik Inc.</td><td>14.25</td><td></td></tr><tr><td>立体定位仪&amp;nbsp;</td><td>David Kopf Instruments</td><td>Model 900</td><td></td></tr><tr><td>无菌 Kwik-Sil 粘合剂</td><td>World Precision Instruments</td><td>KWIK-SIL-S</td><td></td></tr><tr><td>紫外手电筒</td><td>Vansky</td><td>19.99</td><td></td></tr><tr><td>无线充电器</td><td>Nilkin</td><td>NKT06</td><td></td></tr><tr><td>无线充电线圈</td><td>TDK Corporation</td><td>WT202012-15F2-ID</td><td></td></tr></tbody></table>

啮齿类动物脊髓中光电子器件的植入

Implantation of Optoelectronic Devices in the Rodent Spinal Cord

神经调节技术可提供诊断、调控及治疗应用。尽管在脑部已开展了大量研究，脊髓的调节仍相对未被充分探索。脊髓组织本身具有脆弱性和移动性，这带来了诸多限制，使得神经探针的精确植入极具挑战性。尽管神经调节装置（尤其是柔性生物电子器件）近年来取得了显著进展，但由于设备植入手术的复杂性，其在脊髓中的应用拓展仍受到限制。本文提供了一系列专门针对啮齿类动物脊髓接口的定制化光电装置植入的外科操作方案。文中详细描述了通过两种不同外科植入方法，将光学探针放置并固定于脊髓特定节段的具体步骤。这些方法已针对多种设备和应用场景进行了优化，无论光学刺激是否需要与脊髓直接接触均可适用。为阐明该技术方法，首先参考椎体解剖结构，识别显著的解剖标志，再进行皮肤切口。本文演示了在啮齿类动物颈椎部位固定光学探针的外科操作步骤，随后概述了将连接至光学探针的光电装置固定于远离脊髓的皮下空间的操作流程，以尽量减少不必要的直接接触。通过比较植入装置动物与接受假手术动物的行为学研究显示，植入后七天，光学探针未对后肢或前肢功能产生不良影响。本研究拓展了神经调节工具箱，为未来探索多种脊髓干预策略的研究提供了支持。

将一种带有详细功能图的光电子器件（见补充图2）植入四只Long Evans大鼠体内。补充图3展示了准备植入的最终光电子器件。另外三只动物接受了假手术，仅在C5节段进行中线椎板切除而不植入器件。该光电子器件包含一根柔性探针，其尖端嵌入一个µLED，由集成的LED驱动器激活；LED驱动器由带有可编程固件的微控制器控制。器件还包括一个固定在皮下肌肉层的主体部分。通过化学气相沉积法（CVD）在整个器件表面沉积一层Parylene-C（约10 µm）。在光电子器件主体部分外还覆盖了第二层聚二甲基硅氧烷（PDMS）（约800 µm），以形成与组织兼容的柔软界面（补充图3）。探针尖端固定于C4节段，使µLED悬置于C5节段上方。器件上设有一个µLED指示灯（其发出的光可透过皮肤观察），在光学探针的µLED点亮的同时开启，用于实时验证器件功能。术后对动物持续监测7天，以确认器件性能随时间保持稳定可靠（图4B）。
采用Martinez开放场运动评分量表对动物的运动功能进行评估19。为评估开放场行为，两名经过培训且对分组情况设盲的观察者在术前以及术后第3天、第5天和第7天进行测试。数据收集完成后，采用Mann-Whitney U检验分析植入组与假手术组在各个时间点前肢和后肢评分的差异。分析结果表明，至术后第7天，植入组与假手术组的前肢功能评分相似（图5A）。同样，在所有时间点，两组之间的后肢评分均无统计学显著差异（图5B）。
在植入后7天进行死后验证，以确认探针和装置主体是否保持在原位。未发现缝合线或装置有明显脱落。此外，牵拉装置主体并未导致其从组织上脱离（补充图4A）。随后暴露此前已解剖并缝合的脊髓周围肌肉，确认探针仍牢固地粘接于脊髓表面（补充图4B）。与装置主体类似，依次牵拉探针头部，使其对抗粘接点，以评估探针与层间机械连接的固定强度。
<img alt="啮齿类动物解剖结构，含植入物与脊柱构造；神经接口研究示意图。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66992/66992fig01.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图1"> 
图1：装置植入及解剖标志的示意图。（A）显示探针在脊髓上方的放置位置以及装置的皮下植入位置。（B）三维模型，标示用于确定脊髓节段的解剖标志。图中以C2、T2和T10棘突作为参考，颜色较深部分表示相应节段。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66992/66992fig01large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="大鼠脊柱手术过程，C5-C6椎板切除示意图，外科技术，兽医研究" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66992/66992fig02.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图2"> 
图2暴露脊髓并制备皮下囊袋。 (A将立体定位仪放置于动物体上。B）C2 棘突和（C) 确认 T2 棘突 通过 触诊。D在颈椎部位的目标区域，切开皮肤和皮下脂肪层以暴露背侧肌肉组织。E通过钝性分离背部肌肉组织，暴露颈椎椎体。F在切口部位尾侧创建一个皮下 pocket 以固定植入式装置。G) 在充分解剖后放置牵开器，以暴露颈椎及完全覆盖 C2 并部分遮蔽 C3 的球状肌。虚线表示球状肌。一旦颈椎脊髓暴露后，可选择（H在C5和C6水平进行两个侧方椎板切除术，以在椎骨下方放置探针，或（I在 C5 节段进行椎板内侧切除，以便将探针置于椎骨上方。星号表示椎板外侧切除部位。比例尺 = 3 mm。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66992/66992fig02large.jpg" target="_blank">请点击此处以查看此图的放大版本。</a>
<img alt="显示探针置于椎板上方和下方的手术示意图，缝线清晰可见。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66992/66992fig03.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图3"> 
图3：装置植入与探针放置。（A）将装置置入皮下囊袋中。（B）将装置缝合固定于肌肉组织上。（C）探针固定于C5椎板上方，该处已行椎板内侧切除术。（D）将装置置于C5和C6椎板下方，两处均行椎板外侧切除术。在（C）和（D）中，探针尖端均以骨水泥固定于完整的C4椎体上。比例尺 = 3 mm。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66992/66992fig03large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的高清版本。</a>
<img alt="带有生物发光标记的大鼠组织再生；实验设置与结果比较。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66992/66992fig04.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图 4"> 
图 4：标记装置及术后功能验证。 （A）缝合后，可选择在皮肤表面标记装置位置，以便术后易于识别。 （B）该图显示动物植入后的状态。通过观察皮下可见的指示性 µLED，验证了装置的功能，确认装置成功运行（动物右侧的隆起部位为装置本体的植入位置）。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66992/66992fig04large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="前肢和后肢评分图，假手术组与植入组，显示植入后的恢复趋势。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66992/66992fig05.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图 5"> 
图 5：假手术组与植入组在不同时间点的前肢和后肢开放场地行为学评分。 该图展示了在四个时间点——0（基线）、术后3天、5天和7天（DPI）——（A）前肢和（B）后肢开放场地评估的平均行为学评分。误差线表示均值的标准误（SEM）。假手术组与植入组之间的显著差异（p &lt; 0.05）在特定时间点用星号（*）标示。图注说明虚线代表假手术组，实线代表植入组。假手术组样本量为 n = 3，植入组为 n = 4。采用非参数Mann-Whitney U检验评估各时间点组间差异的显著性。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66992/66992fig05large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
补充图1：椎板切除术示意图。 虚线表示需要切除的区域，其中（A）为在椎骨下方放置探针所需的双侧椎板切除术，（B）为在椎骨上方放置探针所需的正中椎板切除术。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66992/Supplementary%20Figure%201.zip" target="_blank">请点击此处下载该文件。</a>
补充图2：光电设备示意图。 图中显示了该设备的详细框图。左上角模块表示一个无线功率接收天线谐振LC电路。接收到的功率经整流后输入低压差电压稳压器（LDO）。微控制器单元根据预设参数自动激活设备，LED驱动器则为探针中嵌入的任何µLED提供电力。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66992/Supplementary%20Figure%202.zip" target="_blank">请点击此处下载该文件。</a>
补充图3：光电设备。 最终的光电设备带有生物相容性封装，连接至一个光学探针，探针尖端包含1个µLED。虚线矩形标示了µLED的位置。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66992/Supplementary%20Figure%203.zip" target="_blank">请点击此处下载该文件。</a>
补充图 4：设备稳定性的死后验证。 植入后 7 天，(A) 设备本体仍缝合于肌肉组织中，位置与植入时相同，(B) 用胶固定的探针仍牢固地固定在 C4 椎板上方。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66992/Supplementary%20Figure%204.zip" target="_blank">请点击此处下载该文件。</a>

本方案详细介绍了在啮齿类动物中进行脊髓手术以及在脊髓上方植入并固定光学探针的外科手术操作。

神经调控可提供诊断、调节和治疗应用。尽管在大脑中已开展大量研究，但对……的调控

我们介绍一种创新且易于操作的方法，用于在啮齿类动物脊髓中植入并固定神经探针。该植入方案适用于需要与脊髓直接接触的神经探针，也可根据需要调整用于无需直接接触的探针。近年来，柔性生物电子学的进展极大地改善了可植入神经调节装置的性能。尽管这些设备已在脑部研究中得到广泛应用，但其在脊髓这一精细且活动性较高的组织中的应用报道却十分有限。此外，颈椎相对于脊柱其他部分位置较深，进一步增加了探针固定的难度。本文所述的实验方案可使无手术经验的研究人员也能探索脊髓复杂的神经环路。具体而言，完全可植入的光电设备的应用能够揭示与脊髓神经环路及功能相关的科学问题。首先，将已剃毛并麻醉的大鼠固定于立体定位仪上。使用无菌镊子触诊颅底，寻找位于颅底附近、沿头尾方向延伸的显著棘突，该结构即为C2。随后在C2尾侧继续触诊，寻找一个明显尖锐且突出的棘突，该结构可被识别为T2。使用手术刀在皮肤上做切口，切口起始于C2，并向尾侧延伸约1.5厘米。仔细切开皮下脂肪层，以暴露其下方完整的背侧肌肉组织。然后使用两把艾德森镊子从正中线向两侧牵拉，钝性分离背侧肌肉。使用咬骨钳和无菌镊子，提起切口区域后方紧邻处的一片皮瓣。然后借助咬骨钳，为光电子器件创建一个较小的皮下囊袋。放置牵开器以暴露脊柱。使用咬骨钳清除覆盖在椎骨上的残留肌肉或组织，并开始辨认脊髓节段。在球形肌肉后方紧邻的是C4，随后是C5和C6。操作完成后，用无菌生理盐水冲洗手术区域，并用无菌纱布擦干。若需将探针置于椎板下方，应在C5和C6处进行侧方椎板切除术，形成一个偏向一侧的椎板开口。若需将探针置于椎板上方，则仅对C5进行内侧椎板切除术，仅暴露内侧通路即可。完成椎板切除术后，用无菌生理盐水冲洗该区域，并用无菌纱布擦干，以清除任何骨碎片。使用带塑料尖头的无菌镊子夹持无菌光电设备，将其插入皮下开口内。将设备缝合或粘合至邻近的肌肉层。将牵开器放置在脊髓周围，打开适当窗口，以便将探针置于脊髓上。接下来，使用塑料头镊子小心地将探针从C5和C6椎板下方的侧向通道滑入。为将探针放置于脊髓上方，使用塑料头镊子调整探针，使其尖端对准并放置在C5处创建的中线窗口上方。在探针尖端涂抹一至两滴牙科水泥前，务必完全干燥预定的粘接区域。最后，确认所施加的骨水泥固定牢固。运动功能分析显示，到第7天时，器械植入组与假手术组的前肢功能评分相似。同样，在所有时间点上，两组之间的后肢评分均无统计学显著差异。

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科研

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Neuroscience

神经科学

在啮齿动物脊髓中植入光电器件

来源：Pietruczyk, E. A., 等．小鼠椎板切除术与脊髓窗植入．J. Vis. Exp.

小鼠脊髓窗植入术用于活体成像

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啮齿类动物脊髓中光电子器件的植入

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