Hochintensiver fokussierter Ultraschall zur Blockierung von Nervenaktionspotentialen in einem diabetischen Rattenmodell

Beginnen Sie mit einer anästhesierten diabetischen Ratte mit einem freiliegenden schmerzübertragenden Ischiasnerv, der präimplantierte Stimulationselektroden enthält. Der Ischiasnerv ist mit dem Musculus gastrocnemius verbunden, wo die Aufzeichnungselektroden positioniert sind.

Heben Sie den Ischiasnerv an und positionieren Sie die hochintensive fokussierte Ultraschall- oder HIFU-Fixateurbasis darunter.

Befestigen Sie den Nerv mit einem Konnektor im Fixateurschlitz und befestigen Sie den HIFU-Schallkopf darüber.

Füllen Sie die zentrale Vertiefung des Fixateurs mit einer entgasten Kopplungslösung für die Ultraschallausbreitung.

Geben Sie über die Stimulationselektroden einen elektrischen Reiz ab, um Nervenaktionspotentiale auszulösen, die auf den Muskel übertragen werden.

Nehmen Sie dieses Grundsignal der Muskelmasse auf.

Während Sie die Aufnahme fortsetzen, richten Sie den HIFU-Strahl durch den Schallkopf auf den Nerv.

HIFU induziert mechanische Belastung und erhöht die Temperatur, die die Ausbreitung des Aktionspotentials auf den Muskel vorübergehend blockiert und das Signal senkt.

Dies korreliert mit einer verminderten Schmerzwahrnehmung, was das Potenzial von HIFU für die Linderung diabetischer neuropathischer Schmerzen zeigt.

Fünf Wochen nach der STZ-Injektion, nachdem Sie die Ratten betäubt und eine Prise der Plantaroberfläche des Fußes gemäß dem Textprotokoll durchgeführt haben, verwenden Sie eine elektrische Haarschneidemaschine, um die Haare vom Oberschenkel und unteren Rücken zu entfernen. Tragen Sie flüssiges Jod auf die Haut an der Operationsstelle auf. Wischen Sie dann mit einem Alkoholpad das flüssige Jod ab.

Machen Sie mit einem sterilen Skalpell einen Hautschnitt am hinteren Oberschenkel. Verwenden Sie eine chirurgische Schere, um das Gewebe unter der Haut zu verteilen. Und verwenden Sie Hauthaken, um die Haut zu sichern.

Trennen Sie mit der Schere vorsichtig die Muskeln parallel zum Oberschenkelknochen, bis die in die Muskeln eingebetteten Ischiasnervenfasern des mittleren Oberschenkels sichtbar sind. Trennen Sie den Ischiasnerv des mittleren Oberschenkels vorsichtig mit einem Glashaken vom umgebenden Bindegewebe und den Muskeln. Um dann den Ischiasnerv mit einem speziell angefertigten Nervenfixateur in der fokussierten Zone mit hochintensivem fokussiertem Ultraschall oder HIFU zu positionieren, verwenden Sie einen Glashaken, um den Nerv vorsichtig anzuheben. Und stecken Sie es in den Schlitz von Komponente 1 des Geräts.

Schrauben Sie als Nächstes Komponente 2 an Komponente 1. Verwenden Sie dann die Ringer-Lösung, um die zentrale Vertiefung von Komponente 1 für die Ultraschallvermehrung und den Nervenerhalt zu füllen. Bauteil 3 an den HIFU-Gehäusekonus schrauben. Docken Sie dann durch die vier Zweige von Komponente 2 Komponente 3 an Komponente 2 an.

Nachdem Sie ein Paar Akupunkturnadeln in den Ursprung des Ischiasnervs und das andere Paar in den Gastrocnemius-Muskel eingeführt haben, verbinden Sie jedes Nadelpaar über ein elektrisches Koaxialkabel mit dem elektrophysiologischen Erfassungssystem. Stellen Sie die Abtastrate und Bandbreite des elektrophysiologischen Erfassungssystems auf 50 Kilohertz bzw. 70 Hertz bzw. 3 Kilohertz ein. Wenden Sie dann am Ursprung des Ischiasnervs einen supramaximalen Stimulus mit einer Pulsbreite von 0,1 Millisekunden an die Stimulationselektroden an. Zeichnen Sie im elektrophysiologischen Erfassungssystem die Compound Muscle Action Potentials (CMAPs) von den Aufzeichnungselektroden auf. Und verstärken Sie die CMAPs mit dem eingebauten Verstärker.

Um einen handelsüblichen 2,68-Millihertz-HIFU-Schallkopf zur Unterdrückung der CMAPs bei diabetischen neuropathischen Ratten zu verwenden, tauchen Sie den kugelförmigen Kegel, den HIFU-Wandler und die Kegelabdeckung in den mit entgastem Wasser gefüllten Tank. Setzen Sie den HIFU-Wandler in den kugelförmigen Konus ein. Und verwenden Sie sechs Kopfschrauben, um die Kegelabdeckung an der oberen Öffnung des kugelförmigen Kegels zu befestigen.

Nachdem die Blasen im kugelförmigen Kegel aufgrund der geringen Dichte der Blasen im Vergleich zum Wasser auf natürliche Weise ausgestoßen wurden, verwenden Sie transparentes 0,03 Millimeter dickes Klebeband, um die vordere Endöffnung des Kegels abzudichten. Schrauben Sie dann Bauteil 3 auf den Kugelkegel. Und entfernen Sie den HIFU-Wandler mit dem kugelförmigen Kegel und der Komponente 3 aus dem entgasten Wassertank.

Führen Sie Komponente 1 vorsichtig in den Raum zwischen Nerv und Muskel ein. Und positionieren Sie den Nerv in der Lücke von Komponente 1. Um sicherzustellen, dass sich der Nerv innerhalb des Brennpunkts des HIFU befindet, wie bereits gezeigt, schrauben Sie Komponente 2 an Komponente 1. Nachdem Sie Komponente 3 durch die vier Schenkel von Komponente 2 mit dem HIFU-Gehäusekonus verschraubt haben, docken Sie Komponente 3 an Komponente 2 an und verwenden Sie die Ringer-Lösung, um die zentrale Vertiefung von Komponente 1 für die Ultraschallausbreitung und den Nervenerhalt zu füllen.

Verbinden Sie einen Funktionsgenerator und einen Hochfrequenz-Leistungsverstärker. Verbinden Sie den Leistungsverstärker mit dem HIFU-Wandler, um den HIFU-Strahl zu erzeugen. Stellen Sie dann manuell den Spannungsausgang des Funktionsgenerators über die Endstufe auf den HIFU-Wandler ein. Stellen Sie einen Timer ein, um die HIFU-Belichtungszeit zu messen.

Schalten Sie den Funktionsgenerator manuell aus, sobald die HIFU-Belichtungszeit abgelaufen ist. Geben Sie gleichzeitig den Stimulus über das elektrophysiologische Erfassungssystem und den HIFU-Strahl über das HIFU-System an den Ischiasnerv ab, während Sie die CMAPs aufzeichnen. Erhöhen Sie allmählich die HIFU-Exposition am Ischiasnerv von 3 Sekunden, 5 Sekunden und dann auf 8 Sekunden, bis eine Abnahme oder Hemmung der Amplitude der CMAPs beobachtet wird.

Zeichnen Sie die CMAPs einmal pro Sekunde während der Abgabe des HIFU-Strahls auf. Nachdem Sie die Änderung der Amplitude von CMAPs beobachtet haben, schalten Sie das HIFU-System aus. Klicken Sie manuell auf das Aufnahmesymbol in der Elektrophysiologie-Erfassungssoftware, um CMAPs zwei Stunden lang aufzuzeichnen. Nach dem Entfernen der Komponenten des Nervenfixateurs, dem Nähen der Operationsstelle der diabetischen Ratte und dem Erholen der Ratten an den Tagen 7, 14 und 28 nach der ersten HIFU-Beschallung führen Sie bei den anästhesierten diabetischen neuropathischen Ratten wie zuvor Stimulations- und Aufzeichnungselektroden ein. Und zeichnen Sie zusätzliche CMAPs auf.