Implantation und Steuerung von drahtlosen, batterielosen Systemen für periphere Nervenschnittstellen

Periphere Nervenverletzungen sind recht häufig. Die elektrische Stimulation zeigte eine therapeutische Wirkung auf die Nervenregeneration. Hier haben wir also eine verallgemeinerte Methode zur Implantation von Nervenschnittstellen und zur Gerätenutzung gezeigt.

Diese Technik vermeidet, dass Elektroden durch die Haut verlaufen, die Infektionsherde sein können. Der implantierte Stimulator kann drahtlos mit Strom versorgt und auf die Behandlungsbedürfnisse abgestimmt werden. Dieses Elektrostimulationsgerät hat ein hohes therapeutisches Potenzial, um die Regeneration peripherer Nerven nach Verletzungen oder Krankheiten zu verbessern und dabei zu helfen, verlorene Funktionen wiederherzustellen, die sonst beeinträchtigt bleiben könnten.

Um den Nerv zu isolieren und einen guten Kontakt mit der Manschette zu erreichen, ist Fingerspitzengefühl erforderlich. Greifen Sie den Nerv niemals direkt mit Instrumenten, sondern manipulieren Sie den Nerv stattdessen mit stumpfen Werkzeugen und halten Sie eine spannungsfreie Platzierung aufrecht. Bevor Sie mit dem chirurgischen Eingriff beginnen, legen Sie die Ratte in Bauchlage auf einen Vorbereitungstisch und bestätigen Sie die angemessene Narkosetiefe, indem Sie den Ohrenreflex überprüfen.

Beurteilen Sie während der gesamten Operationsdauer alle 15 Minuten die Atemfrequenz, die Gewebefarbe und die Anästhesietiefe und halten Sie den Isofluorspiegel entsprechend aufrecht. Überwachen Sie die Schleimhäute, die rosa und feucht bleiben sollten. Lege die Ratte auf den Zubereitungstisch.

Rasieren Sie den Operationsbereich, einschließlich des rechten Beins und der unteren Hälfte des Rückens. Wenn Sie fertig sind, bringen Sie das Tier auf den Operationstisch und schrubben Sie den rasierten Operationsbereich mit einem Betadine-Pad, gefolgt von einem 70%igen Ethanol-Tupfer dreimal. Mit einer Gewebeschere einen Hautschnitt parallel zum rechten Oberschenkelknochen machen, gefolgt von einer stumpfen Abtrennung des subkutanen Bindegewebes auf dem Rücken, direkt medial des Schnitts, um eine subkutane Tasche für die Empfängerspule freizumachen.

Machen Sie dann einen anschließenden Schnitt am rechten Gesäßmuskel parallel zum Hautschnitt. Mit Hilfe von Metalldissektionssonden mit stumpfen Enden isolieren Sie den Ischiasnerv und implantieren dann das kabellose, batterielose Gerät auf den isolierten Ischiasnerv, indem Sie die Manschette umwickeln, ohne den Nerv unter Spannung zu setzen oder seinen Weg zu verzerren. Wenn Sie fertig sind, markieren Sie auf der Haut, wo die Empfängerspule für eine weitere elektrische Stimulation platziert ist.

Naht den Gesäßmuskelschnitt mit resorbierbaren Nähten. Umschließen Sie den Hautschnitt mit Wundklammern, indem Sie die Hautränder anpassen. Geben Sie dem Tier nach der Operation eine Stunde lang eine kontinuierliche elektrische Stimulation von 20 Hertz mit einer Pulsbreite von 200 Mikrosekunden unter Narkose ab.

Wenn Sie sich vollständig von der Narkose erholt haben, bringen Sie das Tier in den häuslichen Käfig zurück. Nachdem Sie den Wickel wie oben beschrieben für den chirurgischen Eingriff vorbereitet haben, rasieren Sie den Operationsbereich auf der ventralen Seite des Halses. Bringen Sie das Tier auf den Operationstisch und schrubben Sie den rasierten Operationsbereich mit einem Betadine-Pad, gefolgt von einem 70%igen Ethanol-Tupfer dreimal.

Machen Sie als Nächstes einen drei Zentimeter langen Mittellinienschnitt durch die Haut in der oberflächlichen zervikalen Faszie der anästhesierten Ratte, um das Zungenbein sterno und die Sternocleidomastoideus-Muskeln freizulegen. Verwenden Sie eine Sonde für die Blutdissektion, um den Musculus sternocleidomastoideus anzuheben, bevor Sie den M. sternocleidomastoideus mit einer Gefäßschlinge seitlich zurückziehen. Dann befreien und ziehen Sie den Omohyoidus-Muskel zurück, gefolgt von der Befreiung und medialen Reduktion des Vagusnervs und des Carotisbündels unter dem Omohyoidus-Muskel.

Isolieren Sie den Nervus phrenicus. Implantieren Sie das kabellose, batterielose Gerät auf den Nervus phrenicus, indem Sie die Empfängerspule des Geräts auf das Zungenbein sterno, tief relativ zu den bilateralen Musculus sternocleidomastoideus, legen, wobei die Manschette um den Nervus phrenicus gelegt wird und die Kontaktelektroden senkrecht zum Nerv positioniert sind. Verschließen Sie die Haut mit invertierten resorbierbaren Nähten in der tiefen Dermis.

Geben Sie dem Tier nach der Operation eine Stunde lang eine kontinuierliche elektrische Stimulation von 20 Hertz mit einer Pulsbreite von 200 Mikrosekunden unter Narkose ab. Nach vollständiger Genesung von der Narkose bringen Sie das Tier in den häuslichen Käfig zurück. Verwenden Sie für die drahtlose Stimulation einen Wellenform-Funktionsgenerator, um eine externe induktive Übertragungsspule mit Strom zu versorgen.

Passen Sie die Resonanzfrequenz und die Positionierung der implantierten Empfängerspule an, um eine gute induktive Kopplung zu gewährleisten. Sobald die Einstellung abgeschlossen ist, liefern Sie eine Stunde lang monophasische 200-Mikrosekunden-Pulse bei 20 Hertz. Um die Verabreichung der elektrischen Stimulation zu überprüfen und zu quantifizieren, zeichnen Sie die zusammengesetzten Muskelaktionspotentiale (CMAPs) des Musculus tibialis anterior auf und passen Sie die Stimulationsspannung an, um eine supramaximale Aktivierung des Ischiasnervs zu erreichen.

Die vollständige Durchtrennungsverletzung des Nervus phrenicus wurde in der Studie durch eine Zuckungsreaktion bestätigt. Vor der Durchtrennung löste die elektrische Stimulation des Nervus phrenicus zusammengesetzte Muskelaktionspotentiale am ipsilateralen Zwerchfell aus, die durch die Durchtrennung des Nervus phrenicus aufgehoben wurden. Eine maximale CMAP-Antwort, die nach der Abgabe eines einzelnen Stimulusimpulses an das rechte Ischiasmittel durch eine Drahtelektrode hervorgerufen wurde, wurde mit einer drahtlosen Elektrode verglichen.

Es wurde beobachtet, dass die drahtlose Nervenstimulation durchschnittlich 88% der CMAP aus drahtbasierter Nervenstimulation erreichen konnte. Die repräsentative Elektromyographie-Analyse zeigt vier aufeinanderfolgende Spikes zu Beginn und die 40 Minuten der einstündigen 20 Hertz elektrischen Stimulation. Nach 40 Minuten wurde eine leichte Abnahme der Spitzenamplitude festgestellt.

Der Grad der peripheren Nervenregeneration wurde mit Hilfe von retrograden Tracern beurteilt, die distal auf die Nervenläsionsstelle appliziert wurden. Beobachtet wurden die regenerierten Untergruppen des Nervus tibialis oder des Nervus fibularis im Vorderhorn des lumbalen Rückenmarks. Denken Sie daran, dass die Sendespule gut auf die Empfangsspule ausgerichtet sein muss, um das Gerät mit Strom zu versorgen, wenn Sie möglicherweise den Abstand, die Ausrichtung oder die Position anpassen müssen, um die volle Wirksamkeit zu erreichen.

Die Methode kann auch an anderen bevorzugten Nervenschnittstellen durchgeführt werden, wie z. B. Wirkstofffreisetzung und Optogenetik. Die Technik kann durchgeführt werden, um verschiedene Mechanismen zu untersuchen, durch die die elektrische Stimulation zu unterschiedlichen Auswirkungen auf verschiedene Nerven führt.