Die Muskelmanschette Regenerative periphere Nervenschnittstelle zur Verstärkung intakter peripherer Nervensignale

Zusammenfassung

Dieses Manuskript bietet eine innovative Methode zur Entwicklung einer biologischen peripheren Nervenschnittstelle, die als Muscle Cuff Regenerative Peripheral Nerve Interface (MC-RPNI) bezeichnet wird. Dieses chirurgische Konstrukt kann die motorischen efferenten Signale des zugehörigen peripheren Nervs verstärken, um eine genaue Erkennung der motorischen Absicht und die potenzielle Kontrolle von Exoskelettgeräten zu ermöglichen.

Zusammenfassung

Roboter-Exoskelette haben in jüngster Zeit im Bereich der rehabilitativen Medizin Anerkennung als vielversprechende Modalität für die funktionelle Wiederherstellung von Personen mit Extremitätenschwäche erlangt. Ihre Verwendung bleibt jedoch weitgehend auf Forschungseinrichtungen beschränkt und dient häufig als statische Extremitätenunterstützung, da motorische Detektionsmethoden unzuverlässig bleiben. Periphere Nervenschnittstellen haben sich als mögliche Lösung für diesen Mangel herausgebildet; Aufgrund ihrer inhärent kleinen Amplituden können diese Signale jedoch schwer von Hintergrundgeräuschen zu unterscheiden sein, was ihre Gesamtmotorerkennungsgenauigkeit verringert. Da aktuelle Grenzflächen auf abiotischen Materialien beruhen, kann der inhärente Materialabbau im Laufe der Zeit neben der Reaktion von Fremdkörpergewebe auftreten, was ihre Genauigkeit weiter beeinträchtigt. Die Muscle Cuff Regenerative Peripheral Nerve Interface (MC-RPNI) wurde entwickelt, um diese festgestellten Komplikationen zu überwinden. Bestehend aus einem Segment des freien Muskeltransplantats, das umlaufend an einem intakten peripheren Nerv befestigt ist, regeneriert sich das Konstrukt und wird im Laufe der Zeit vom enthaltenen Nerv renerviert. Bei Ratten hat dieses Konstrukt die Fähigkeit gezeigt, die motorischen efferenten Aktionspotentiale eines peripheren Nervs durch die Erzeugung von zusammengesetzten Muskelaktionspotentialen (CMAPs) bis zum 100-fachen des Normalwerts zu verstärken. Diese Signalverstärkung ermöglicht eine hochgenaue Erkennung der motorischen Absicht und ermöglicht möglicherweise eine zuverlässige Nutzung von Exoskelett-Geräten.

Einleitung

Allein in den Vereinigten Staaten sind etwa 130 Millionen Menschen von neuromuskulären und muskuloskelettalen Erkrankungen betroffen, was zu jährlichen wirtschaftlichen Auswirkungen von über 800 Milliarden US-Dollar führt ^1,2. Diese Gruppe von Störungen ist typischerweise sekundär zur Pathologie innerhalb des Nervensystems, an der neuromuskulären Verbindung oder im Muskel selbst³. Trotz der Vielfalt der pathologischen Ursprünge teilt die Mehrheit ein gewisses Maß an Extremitätenschwäche ^1,3. Leider ist diese Schwäche oft dauerha....

Protokoll

Alle Tierversuche wurden mit Genehmigung des Institutional Care and Use of Animals Committee (IACUC) der University of Michigan durchgeführt. Männliche und weibliche Fischer F344- und Lewis-Ratten (~200-300 g) im Alter von 3-6 Monaten werden am häufigsten in Experimenten verwendet, aber theoretisch kann jeder Stamm verwendet werden. Wenn Spenderratten anstelle von autologen Muskeltransplantaten verwendet werden, müssen Spenderratten isogen für den experimentellen Stamm sein. Ratten haben sowohl prä- als auch postoperativ freien Zugang zu Nahrung und Wasser. Nach terminalen Endpunktbewertungen wird die Euthanasie unter tiefer Betäubung mit intrakardialer Kaliumchloridi....

Ergebnisse

Die chirurgische Herstellung von MC-RPNI gilt als perioperatives Versagen, wenn Ratten das Auftauchen aus der chirurgischen Anästhesie nicht überleben oder innerhalb einer Woche nach der Operation eine Infektion entwickeln. Frühere Forschungen haben gezeigt, dass eine 3-monatige Reifezeit zu einer zuverlässigen Signalverstärkung aus diesem Konstrukt^{führt 42,45,48,49}. Zu diesem Zeitpunkt oder da.......

Diskussion

Das MC-RPNI ist ein neuartiges Konstrukt, das die Verstärkung der efferenten Aktionspotentiale eines intakten, peripheren motorischen Nervs ermöglicht, um ein Exoskelettgerät genau zu steuern. Insbesondere bietet der MC-RPNI einen besonderen Nutzen für Personen mit Extremitätenschwäche, die durch signifikante Muskelerkrankungen und/oder Muskelabwesenheit verursacht wird, bei denen EMG-Signale nicht aufgezeichnet werden können. Die Reduzierung bereits beeinträchtigter Muskelfunktionen wäre in dieser Population verheerend;.......

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
#15 Scalpel	Aspen Surgical, Inc	Ref 371115	Rib-Back Chirurgische Klingen aus Kohlenstoffstahl (#15)
2-N-Dünnschicht-Wägezelle (S100)	Strain Measurement Devices, Inc	SMD100-0002	Misst die Kraft, die vom angehängten Muskel erzeugt
wird 4-0 Chromic Suture	Ethicon	SKU# 1654G	P-3 Reverse Cutting Needle
5-0 Chromic Suture	Ethicon	SKU# 687G	P-3 Reverse Cutting Needle
8-0 Monofile Naht	AROSurgical	T06A08N14-13	Schwarzes Polyamid-Monofilament-Nahtmaterial auf einer konischen Nadel mit Gewinde
Experimental Rats	Envigo	F344-NH-sd	Ratten sind Fischer F344 Strain
Fine Pinzette - hochglanzpoliert	Fine Science Tools	11413-11	Pinzette mit feiner Spitze und Spiegelfinish, ideal für den Umgang mit empfindlichen Strukturen wie Nerven
Fluriso (Isofluoran)	VetOne	13985-528-40	Inhalations-Anästhesie-Kraftmessvorrichtung
	Red Rock	n/a	Speziell entwickelte Kraftmessvorrichtung, die die Ruhigstellung der hinteren Gliedmaßen ermöglicht, um eine genaue Muskelkraftaufzeichnung zu ermöglichen
MATLAB-Software	Mathworks, Inc	PR-MATLAB-MU-MW-707-NNU	Berechnet die aktive Kraft für jede aufgezeichnete Kraftspur aus der passiven und der Gesamtkraft Messungen
Nicolet Viasys EMG EP System	Nicolet	MFI-NCL-VIKING-SELECT-2CH-EMG	Tragbares EMG- und Nervensignalaufzeichnungssystem, das in der Lage ist, gleichzeitige 2-Kanal-Aufzeichnungen von Nerven und/oder Muskeln
durchzuführen Sauerstoff	Kryogene Gase	UN1072	Standard-Sauerstoffkanister in medizinischer Qualität
Kaliumchlorid	APP Pharmazeutika	63323-965-20	Injizierbare Form, 2 mEq/ml
Povidon Jod USP	MediChoice	65517-0009-1	10% topische Lösung, kann eine Flasche für mehrere chirurgische Vorbereitungen verwenden
Puralube Vet Opthalmic Salbe	Dechra	17033-211-38	Hornhautschutzsalbe zur Verwendung während des Eingriffs
Rimadyl (Caprofen)	Zoetis, Inc.	NADA# 141-199	Injizierbare Form, 50 mg/ml
Stereomikroskop	Leica	Modell M60	Der Benutzer kann die Vergrößerung nach seinen Wünschen anpassen
Chirurgische Instrumente Fine	Science Tools	Verschiedenes	Der Benutzer kann Instrumente nach persönlichen Vorlieben oder aus dem auswählen, was derzeit in seinem Labor verfügbar ist
Dreifache antibiotische Salbe	MediChoice	39892-0830-2	Die Salbe wird in sterilen Einwegpackungen geliefert
Vannas Federschere - 2 mm Schneide auf dem neuesten Stand	Fine Science Tools	15000-04	Gebogene Mikrodissektionsschere zur Durchführung des epineuralen Fensters
VaporStick 3	Surgivet	V7015	Anästhesieturm mit Platz für Isofluoran- und Sauerstoffkanister
Webcol Alcohol Prep	Coviden	Ref 6818	Alkoholvorbereitungstücher; verwenden Sie für jede Vorbereitung ein neues Tuch