Autonome und wiederaufladbare Microneurostimulator endoskopisch implantierbare in der Submukosa
27. September 2018
Die Anwendung der Hochfrequenz-niedrig-energetische Stimulation kann die Symptome der Magen Dysmotility lindern. In dieser Studie wird eine Miniatur, endoskopisch implantierbare und drahtlos wiederaufladbare Gerät, das in eine submucosal Tasche implantiert wird vorgestellt. Während eines Experiments auf lebendes Schwein wurden erfolgreich sowohl-Wege-Kommunikation und Stimulation Kontrolle erreicht.
Der Hauptvorteil dieser Technik ist, dass sie einen deutlich weniger invasiven Ansatz bietet. Im Allgemeinen werden Personen, die neu in dieser Methode sind, Schwierigkeiten haben, weil die Entwicklung implantierbarer Geräte eine Disziplin ist, die Erfahrung sowohl im Hardware- als auch im Softwaredesign erfordert. Die visuelle Demonstration dieser Methode ist von entscheidender Bedeutung, da die endoskopische submukosale Implantation ein experimentelles Verfahren ist, das derzeit in der täglichen Praxis nicht angewendet wird.
Um mit diesem Verfahren zu beginnen, legen Sie die Leiterplatten auf eine flache Oberfläche. Verwenden Sie einen Lötpastenspender mit einer 0,6-Millimeter-Nadel und 60 PSI-Druck, um manuell weniger als 15 Mikroliter der Lötpaste auf jedes metallische Pad auf der Leiterplatte abzugeben. Beginnen Sie mit der Oberseite der Leiterplatte.
Mit einer antistatischen Pinzette legen Sie alle Komponenten auf die oberste Schicht der Leiterplatte. Weisen Sie die Komponentenpositionen und Komponenten ihren Nummern zu. Danach verwenden Sie eine PCB-Heißluftpistolenstation bei 260 Grad Celsius, um alle Komponenten zu löten.
Warten Sie, bis die gesamte Lötpaste schmilzt. Legen Sie die heiße Luftpistole weg und lassen Sie das Board auf Raumtemperatur abkühlen. Schließen Sie die Leiterplatte an alle anderen elektrischen Komponenten außer der Batterie an.
Löten Sie die drahtlose Ladekommunikationsspule zu den Pads zwei und drei, dann verbinden Sie die Antenne zu Pad eins und die Leiterplattenelektroden mit den Pads Nummer vier und fünf. Danach löten Sie die CG-320 Batterie auf die Pads sechs und sieben. Die negative Klemme der Batterie muss auf Pad sieben gelötet werden.
Seien Sie vorsichtig, wenn Sie die nächsten Schritte ausführen. Das Gerät ist nun mit Strom versorgt und empfindlich gegenüber Kurzschlüssen und Kontakt mit metallischen Gegenständen. Als nächstes schrumpfen Sie den Schlauch mit einer heißen Luftpistole auf 150 Grad Celsius erhitzt und dann lassen Sie es abkühlen.
Danach Epoxidkleber am linken Ende auftragen, um eine Seite des Schlauches zu versiegeln, dann kleben Sie die Elektrode auf die Rückseite der Leiterplatte mit Schläuchen. Anschließend das andere Ende des Schlauches versiegeln. Platzieren Sie in diesem Schritt die Leiterplatten auf einer ebenen Oberfläche.
Verwenden Sie einen Lötpastenspender mit 0,6-Millimeter-Nadel und 60 PSI-Druck, um manuell weniger als 50 Mikroliter der Lötpaste auf jedes metallische Pad auf der Leiterplatte abzugeben. Mit einer antistatischen Pinzette legen Sie alle Komponenten auf die oberste Schicht der Leiterplatte. Weisen Sie deren Nummern die Komponentenposition und die Komponenten zu.
Verwenden Sie eine PCB-Heißluftpistolenstation, die auf 260 Grad Celsius voreingestellt ist, um alle Komponenten zu löten. Warten Sie, bis die gesamte Lötpaste schmilzt. Legen Sie die heiße Luftpistole weg und lassen Sie das Board auf Raumtemperatur abkühlen.
Als nächstes wird das 12-Volt-Netzteil an die Wand angeschlossen und der USB-Anschluss am PC eingesetzt. Öffnen Sie danach die PuTTY-Software. Wählen Sie Seriell als Verbindungstyp aus, und geben Sie dann COMX als serielle Leitung ein, wobei X die Nummer des COM-Ports des Geräts ist. Wenn kein anderes COM-Port-Gerät installiert wurde, wird diese Nummer eins sein.
Geben Sie 38, 400 als Geschwindigkeit ein. Klicken Sie auf Öffnen. Das Ladegerät-Sendergerät ist nun einsatzbereit.
Um die Implantation und Visualisierung durchzuführen, legen Sie ein Tiermodell gewidmet Endoskop mit dem implantierbaren Gerät in eine Snare in den Magen gegriffen. Wenn Sie sich im Magen befinden, lassen Sie das Gerät los. Extrahieren Sie danach das Endoskop.
Legen Sie sie mit einer Sezierkappe aus und setzen Sie sie dann wieder in den Magen ein. Um das Gerät in Submucosa zu implantieren, tragen Sie kochsalzlösunggemischt mit Methylenblau in die submucosale Schicht mit einem Injektionstherapie-Nadelkatheter auf. Machen Sie einen horizontalen Schnitt, um eine Öffnung in der Submucosa mit einem elektrochirurgischen Messer mit einer knopfförmigen Spitze zu erstellen.
Legen Sie eine befestigte Kappe in den neu geschaffenen Raum und mit der Verwendung eines elektrochirurgischen Messers, weiterhin stören, erweitern und sezieren Sie die submucosale Schicht, um eine ausreichend große Tasche zu schaffen, um die Stimulationsvorrichtung einzufügen. Greifen Sie das Gerät, das frei im Magen liegt, mit korrekt ausgerichteten Elektroden mit einem Greifer und navigieren Sie es in die submukossale Tasche. Danach verwenden Sie zwei hämostatische Clips, um das Gerät an Ort und Stelle innerhalb der Submucosaltasche zu befestigen.
Ziehen Sie dann das Endoskop heraus. Setzen Sie den Ovesco-Clip auf das Endoskop und setzen Sie ihn wieder in den Magen ein. Richten Sie das Endoskop an der Tasche aus, greifen Sie beide Seiten der Tasche und tragen Sie den Ovesco auf.
Danach überprüfen Sie die korrekte Platzierung des Ovesco. Nach erfolgreicher Implantation die Ladegerät-Senderspule in der Nähe des implantierten Geräts platzieren und dann den RTL2832-Dongle in den PC stecken. Führen Sie die HDSDR-Software aus und stellen Sie die Mittenfrequenz auf 432 Megahertz ein. Wählen Sie anschließend die LO-Frequenz auf 431,95 Megahertz und dann die Frequenz auf 432,00 Megahertz abstimmen aus.
Wählen Sie Bandbreite bis 960,000 aus. Übertragen Sie eine Manchester-codierte Sequenz vom Ladegerätsender, indem Sie die R-Taste im PuTTY-Terminal drücken und erhalten Sie die OOK-modulierte Antwort vom Implantat, das im HDSDR-Hauptfenster angezeigt wird. Hier ist die obere Kupferschicht der Leiterplatte zu sehen.
Die Komponentennamen werden auf der obersten Ebene angezeigt. Und hier ist die untere Kupferschicht der Leiterplatte. Die Komponentennamen befinden sich auf der unteren Ebene.
Und diese Abbildung zeigt das zusammengesetzte Bild aller Leiterplattenschichten. Einmal gemeistert, kann diese Technik in vier Stunden für die Herstellung des implantierbaren Geräts und eine Stunde für die Implantation und Prüfung des Geräts durchgeführt werden, wenn sie ordnungsgemäß durchgeführt wird. Beim Versuch dieses Verfahrens ist es wichtig, alle Funktionen des implantierbaren Geräts vor der Implantation zu überprüfen.
Nach diesem Verfahren können weitere Methoden wie die Weiterentwicklung von Algorithmus und Datenverarbeitung durchgeführt werden, um zusätzliche Fragen wie die Effizienz der Methode zu beantworten. Nach ihrer Entwicklung ebnete diese Technik den Weg für Forscher auf dem Gebiet der Gastroenterologie, um dritten Raum im Magen-Darm-Trakt zu erforschen. Nach dem Anschauen dieses Videos sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie eine Endoskopie-Implantation eines autonomen Magenmikronuerostimulaators in Submucosa durchführen können.
Vergessen Sie nicht, dass die Arbeit mit Lötpaste und ElektronikHerstellung einschließlich der Arbeit mit Heißluftpistole gefährlich sein kann und Vorsichtsmaßnahmen wie Handschuhe und Schutzbrille sollten immer während der Durchführung dieses Verfahrens getragen werden.
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Überblick
Diese Studie untersucht einen neuartigen Ansatz zur Linderung von Magen-Dysmotilität mittels hochfrequenter, energiearmer Stimulation über ein miniaturisiertes, endoskopisch implantierbares Gerät. Das Gerät ist für die submuköse Implantation in lebenden Schweinemodellen konzipiert und demonstriert erfolgreiche Kommunikation und Stimulationssteuerung.
Wichtige Studienkomponenten
Wissenschaftsbereich
- Neurowissenschaft
- Gastroenterologie
- Biomedizinische Technik
Hintergrund
- Magen-Dysmotilität ist eine bedeutende Erkrankung, die die Magenfunktion und die Lebensqualität der Patienten beeinträchtigt.
- Die aktuellen Methoden sind oft invasiv und führen zu Komplikationen und längerer Genesungszeit.
- Neue Techniken mit implantierbaren Geräten versprechen eine Verringerung der Invasivität.
- Diese Forschung zielt darauf ab, eine Methode zu entwickeln, die in zukünftigen klinischen Umgebungen anwendbar sein könnte.
Zweck der Studie
- Design und Test eines fortschrittlichen implantierbaren Geräts für die Magenstimulation.
- Erforschung der Machbarkeit und Wirksamkeit der Methode in lebenden Tiermodellen.
- Verbesserung des Verständnisses der Magenmotilitätsregulation durch elektrische Stimulation.
Verwendete Methoden
- Die Studie nutzte ein lebendes Schweinemodell für das Implantationsverfahren.
- Ein Miniaturgerät für die submuköse Implantation wurde entwickelt.
- Wichtige Schritte umfassten die Leiterplattenmontage, das Löten von Komponenten und endoskopische Implantationstechniken.
- Wichtige Verfahrensschritte wurden umrissen, mit Fokus auf die Positionierung und Sicherung des Geräts im Magengewebe.
Hauptergebnisse
- Die erfolgreiche Implantation und Datenrückgewinnung aus dem Gerät wurde während der Experimente erreicht.
- Der Kommunikationsablauf zwischen dem Gerät und dem externen Kontrollsystem wurde validiert.
- Erste Ergebnisse deuten auf ein Potenzial für reduzierte Invasivität in Behandlungsprotokollen für Magen-Dysmotilität hin.
- Die Forschung legt den Grundstein für zukünftige Untersuchungen von implantierbaren Geräten bei gastrointestinalen Störungen.
Schlussfolgerungen
- Diese Studie demonstriert einen innovativen Ansatz zur Behandlung von Magen-Dysmotilität durch minimal-invasive Techniken.
- Zukünftige Forschung könnte zu klinischen Anwendungen für das Management von Magenstörungen führen.
- Die Implikationen erstrecken sich auf die Verbesserung unseres Verständnisses der gastrointestinalen Motilität und potenzieller therapeutischer Strategien.
Häufig gestellte Fragen
Executive Industry Relevance
Miniaturized, endoscopically implantable neurostimulators represent a significant advance for translational research in gastrointestinal motility disorders. This approach enables less invasive, rechargeable, and wirelessly controlled interventions, supporting mechanistic de-risking and functional target validation in preclinical models. The technology positions R&D teams to explore neuromodulation strategies with improved predictive confidence and workflow integration.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables functional interrogation of neuromodulation hypotheses in disease-relevant in vivo models.
- Supports biological de-risking by allowing controlled, repeatable stimulation and monitoring of gastric tissue responses.
- Facilitates target validation for bioelectronic therapies addressing gastric dysmotility.
Screening & Assay Development
- Provides a platform for standardized, quantitative assessment of stimulation parameters and tissue responses.
- Enables reproducible device placement and stimulation protocols for comparative studies.
- Supports assay development for evaluating neuromodulatory compound or device effects in vivo.
Translational & Preclinical Research
- Aligns with translational biomarker strategies by enabling real-time monitoring and bidirectional communication in large animal models.
- Bridges discovery and preclinical validation by demonstrating device feasibility and functional readouts in physiologically relevant systems.
- Reduces translational risk by providing scalable, minimally invasive implantation workflows.
Pipeline & Workflow Integration
This implantable device methodology fits within the continuum from early discovery through preclinical validation, supporting both hypothesis testing and translational continuity.
- Discovery Biology: Facilitates mechanistic studies of neuromodulation in gastrointestinal tissue.
- Screening: Enables standardized, quantitative readouts for device and stimulation parameter optimization.
- Analytics: Provides bidirectional communication for real-time data acquisition and device control.
- Translational Research: Demonstrates feasibility in large animal models, supporting preclinical advancement.
- Enterprise Reuse: Offers a reusable platform for iterative device and protocol development across programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in neuromodulation research.
- Operational Value: Standardizes device assembly, implantation, and testing for reproducibility and scalability.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision-making by enabling robust preclinical evaluation of bioelectronic interventions.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of neuromodulation assets targeting gastrointestinal disorders.
Implementation Considerations
- Requires multidisciplinary expertise in electronics, software, and endoscopic surgical techniques.
- Demands access to specialized instrumentation for device assembly, wireless charging, and bidirectional communication.
- Necessitates rigorous cross-team standardization of implantation and testing protocols.
- Adaptation to other model systems may require device and workflow customization.
- Practical limitations include the need for careful device verification and safety precautions during assembly and implantation.
