Name: Die Muskelmanschette Regenerative periphere Nervenschnittstelle zur Verstärkung intakter peripherer Nervensignale (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-01-13T15:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 30 s
Description: Erfahren Sie die Entwicklung der Muskelmanschette Regenerativen peripheren Nervenschnittstelle zur Verstärkung peripherer Nervensignale. Diese biologische Methode ermöglicht die zuverlässige Detektion motorischer Absicht für neuroprothetische Anwendungen.

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Die Autoren danken Jana Moon für ihr fachkundiges Labormanagement und ihre technische Unterstützung und Charles Hwang für seine bildgebende Expertise. Experimente in diesem Papier wurden teilweise durch Zuschüsse der Plastic Surgery Foundation an SS (3135146.4) sowie das National Institute of Child Health and Human Development unter der Preisnummer 1F32HD100286-01 an SS und das National Institute of Arthritis and Musculoskeletal and Skin Diseases der National Institutes of Health unter der Award-Nummer P30 AR069620 finanziert.

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 Kaliumchloridinjektion durchgeführt, gefolgt von einer sekundären Methode des bilateralen Pneumothorax.
1. Versuchsvorbereitung der Ratte
<ol><li>Anästhesieren Sie die experimentelle Ratte unter Verwendung einer Lösung von 5% Isofluran in Sauerstoff bei 0,8-1,0 l / min in einer Induktionskammer. Sobald eine ausreichende Anästhesie erreicht und ohne Hornhautreflex bestätigt ist, legen Sie die Ratte auf einen Rebreather-Nasenkegel mit Isofluran, das zur Aufrechterhaltung der Anästhesie auf 1,75% -2,25% gesenkt ist.</li>
	<li>Injizieren Sie eine Lösung von 0,02-0,03 ml Carprofen (50 mg / ml) in 0,2 ml steriler Kochsalzlösung mit 27 G-Nadel in die subkutane Ebene zwischen den Schulterblättern für peri- und postoperative Analgesie.</li>
	<li>Tragen Sie sterile Augensalbe auf beide Augen auf, um Hornhautgeschwüre während der Narkose zu verhindern.</li>
	<li>Rasieren Sie mit einem elektrischen Rasierer den seitlichen Teil der bilateralen unteren Extremitäten, der sich vom Hüftgelenk über den Oberschenkel bis zur dorsalen Oberfläche der Pfote erstreckt.</li>
	<li>Sterilisieren Sie die Operationsstelle, indem Sie zuerst mit einem Alkohol-Vorbereitungskissen abwischen, gefolgt von der Anwendung von Povidon-Jodlösung, die mit einer abschließenden Reinigung mit einem neuen Alkohol-Vorbereitungskissen endet, um die restliche Povidon-Jod-Lösung zu entfernen. Wiederholen Sie diesen abwechselnden Reinigungsvorgang dreimal, um die Sterilität zu erhalten. HINWEIS: Dies kann ein dermatologischer Reizstoff sein; Stellen Sie sicher, dass der Großteil der Lösung entfernt wird.</li>
</ol>2. Vorbereitung des Muskeltransplantats
<ol><li>Legen Sie die Ratte auf ein Heizkissen unter einem Operationsmikroskop mit einem intraoralen Körpertemperaturfühler Ihrer Wahl zur Überwachung der Körpertemperatur. Halten Sie Isofluran bei 1,75%-2,25% und Sauerstoff bei 0,8-1,0 l/min.</li>
	<li>Machen Sie mit einem # 15-Skalpell einen Längsschnitt entlang des vorderen Aspekts der gewünschten Spender-Hinterbeine, der sich von knapp über dem Knöchel bis knapp unter das Knie erstreckt.</li>
	<li>Sezieren Sie das darunter liegende Unterhautgewebe mit einer scharfen Irisschere, um die darunter liegende Muskulatur und die distalen Sehnen nur in der Nähe des Sprunggelenks freizulegen. Tibialis anterior (TA) ist der größte und vorderste der Muskeln; Der Musculus extensor digitorum longus (EDL) befindet sich direkt tief und hinter diesem Muskel. Isolieren Sie den EDL-Muskel und seine distale Sehne von der umgebenden Muskulatur.</li>
	<li>Stellen Sie die Isolierung der richtigen Sehne sicher, indem Sie beide Zinken einer Pinzette oder Irisschere unter die distale Sehne in der Nähe des Sprunggelenks einführen. Üben Sie Druck nach oben auf die Sehne aus, indem Sie entweder die Pinzette oder die Irisschere öffnen. Diese Bewegung sollte eine gleichzeitige Streckung aller Zehen gleichzeitig erzeugen. Wenn isolierte Knöcheldorsalflexion, Knöcheleversion oder Einzelzehendorsalflexion auftritt, wurde die falsche Sehne isoliert.</li>
	<li>Führen Sie eine distale Tenotomie des EDL-Muskels auf Höhe des Knöchels mit einer scharfen Irisschere durch und sezieren Sie den Muskel frei von umgebendem Gewebe, das in der Nähe seines Sehnenursprungs arbeitet.</li>
	<li>Sobald die proximale Sehne visualisiert ist, führen Sie eine proximale Tenotomie mit einer scharfen Irisschere durch, um das Transplantat zu befreien.</li>
	<li>Schneiden Sie beide sehnigen Enden des Muskeltransplantats ab und schneiden Sie mit einer scharfen Irisschere auf die gewünschte Länge. HINWEIS: Transplantate von 8-13 mm wurden mit Erfolg eingesetzt; Die am häufigsten verwendete Länge beträgt jedoch 10 mm.</li>
	<li>Machen Sie auf einer Seite des Muskeltransplantats einen Längsschnitt entlang der gesamten Trimmlänge, um die Platzierung des Nervs innerhalb des Muskeltransplantats zu erleichtern und den Kontakt des Nervs mit Endomysium herzustellen.</li>
	<li>Legen Sie das vorbereitete Muskeltransplantat in eine mit Kochsalzlösung angefeuchtete Gaze, um das Austrocknen des Gewebes zu verhindern.</li>
	<li>Verschließen Sie die Haut über der Spenderstelle mit einer 4-0 chromen Naht im Lauf.</li>
</ol>3. Gemeinsame peroneale Nervenisolierung und -vorbereitung
<ol><li>Markieren Sie den chirurgischen Einschnitt, der sich von einer Linie ~ 5 mm von der Ischiaskerbe bis zum Kniegelenk erstreckt. Stellen Sie sicher, dass diese Markierung dem Femur, der darunter abgetastet werden kann, unterlegen und abgewinkelt ist.</li>
	<li>Schneiden Sie mit einer Klinge # 15 durch die Haut und das Unterhautgewebe entlang der markierten Inzisionslinie. Schneiden Sie vorsichtig durch die darunter liegende Bizeps-femoris-Faszie und achten Sie darauf, sich nicht über die gesamte Tiefe des Muskels zu erstrecken, da der Ischiasnerv direkt darunter liegt.</li>
	<li>Mit einer stumpfen kleinen Schere oder einem Hämostat vorsichtig durch den Bizeps-femoris-Muskel sezieren. HINWEIS: Der Ischiasnerv bewegt sich in diesem Raum unter dem Bizeps, der ungefähr in die gleiche Richtung wie der auf der Haut markierte Schnitt ausgerichtet ist. Es gibt drei bemerkenswerte Ischiasnerväste: Sural (die meisten hinteren und kleinsten der Nerven), Tibia (typischerweise am vorderen, aber dieser Nerv taucht immer tief zum Kniegelenk) und gewöhnliches Peroneal (typischerweise zwischen Tibia und Sural gelegen, verläuft immer über dem Kniegelenk).</li>
	<li>Identifizieren Sie den gemeinsamen Peronealnerv (CP) und isolieren Sie ihn sorgfältig mit einer Mikrozange und einer Mikroschere von den umgebenden Nerven. Entfernen Sie das umgebende Bindegewebe aus den mittleren 2 cm des Nervs. Achten Sie darauf, den CP-Nerv bei diesem Prozess nicht mit einer Pinzette zu zerquetschen, da eine Quetschverletzung die Endpunktergebnisse verändern kann.</li>
	<li>Führen Sie über dem zentralsten Teil des befreiten CP-Nervs ein epineuriales Fenster durch, indem Sie 25% des Epineuriums entlang der Länge des Nervs entfernen, die der gewünschten Länge des Muskeltransplantats entspricht.</li>
	<li>Um dies durchzuführen, halten Sie das proximale Epineurium mit einer Mikrozange, schneiden Sie mit einer Mikrodissektionsschere in das unmittelbar darunter liegende Epineurium und entfernen Sie ~ 25% des Epineuriums, das distal entlang des Nervs wandert. Achten Sie darauf, dieses Segment in einem Stück zu entfernen, da mehrere Versuche zu einer unregelmäßigen epineurialen Entfernung führen können, was das Risiko einer Nervenverletzung erhöht. HINWEIS: Das Nervengewebe, das dem Epineurium zugrunde liegt, hat eine klebrige Textur; Die Feststellung dieser Nervenqualität stellt sicher, dass die richtige Gewebeebene entfernt wurde.</li>
</ol>4. MC-RPNI Konstruktfertigung
<ol><li>Entfernen Sie das Muskeltransplantat aus der mit Kochsalzlösung angefeuchteten Gaze und legen Sie es unter den zentralen Teil des CP-Nervs, wo das epineuriale Fenster geschaffen wurde. Drehen Sie den Nerv um 180°, so dass der epineuriale Fensterabschnitt intakte Muskeln berührt und nicht unter der eventuellen Nahtlinie liegt.</li>
	<li>Mit einem 8-0 Nylonnaht, Naht des Epineuriums des CP-Nervs sowohl proximal als auch distal mit dem Muskeltransplantat innerhalb der in Schritt 2.8 erzeugten Rille unter Verwendung einfacher unterbrochener Nähte, um Epineurium zu Endomysium zu sichern. HINWEIS: Setzen Sie diese Stiche und stellen Sie sicher, dass sich der Muskel auf normaler Ruhelänge befindet. Wenn Sie den Muskel zu stark dehnen oder komprimieren, kann dies später die Regenerations- und Signalfähigkeiten beeinträchtigen.</li>
	<li>Wickeln Sie die Ränder des Muskeltransplantats, das den jetzt gesicherten Nerv umgibt, umlaufend und nähen Sie sie mit einfachen unterbrochenen 8-0 Nylonstiche (~4-6 je nach Länge).</li>
	<li>Sobald die Hämostase erreicht ist, schließen Sie die Bizeps-femoris-Faszie über dem Konstrukt mit 5-0 chromischer Naht in laufender Manier.</li>
	<li>Schließen Sie die darüber liegende Haut im Laufstil mit einer 4-0 chromischen Naht.</li>
	<li>Reinigen Sie den Operationsbereich mit einem Alkohol-Vorbereitungspad und tragen Sie eine antibiotische Salbe auf.</li>
	<li>Beenden Sie die Inhalationsanästhesie und legen Sie die Ratte in einen sauberen Käfig, der von Käfigkameraden isoliert ist, und lassen Sie sie sich mit Futter und Wasser ad lib erholen.</li>
	<li>Sobald sich die Ratte entsprechend erholt hat, legen Sie sie wieder mit Käfigkameraden in einen sauberen Käfig. HINWEIS: Diese Konstrukte erfordern eine Reifung von mindestens drei Monaten, um eine ausreichende Nervensignalverstärkung zu erzeugen.</li>
</ol>

Die Autoren haben keine Angaben.

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;...

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 dauerhaft angesichts der Einschränkungen bei der Regeneration von Nerven- und Muskelgewebe, insbesondere im Rahmen eines schweren Traumas 4,5,6.
Algorithmen zur Behandlung von Extremitätenschwächen haben sich klassischerweise auf rehabilitative und unterstützende Maßnahmen konzentriert und stützen sich oft auf die Nutzung der Fähigkeiten der verbleibenden intakten Gliedmaßen (Stöcke, Rollstühle usw.). 7. Diese Strategie greift jedoch für diejenigen zu kurz, deren Schwäche nicht auf ein einzelnes Extrem beschränkt ist. Mit den jüngsten Innovationen in Robotertechnologien wurden fortschrittliche Exoskelett-Geräte entwickelt, die die Funktionalität der Extremitäten für Menschen mit Extremitätenschwächewiederherstellen 8,9,10,11,12,13. Diese Roboter-Exoskelette sind oft angetriebene, tragbare Geräte, die bei der Einleitung und Beendigung von Bewegungen oder der Aufrechterhaltung der Gliedmaßenposition helfen können und eine unterschiedliche Kraft bieten, die individuell auf den Benutzer zugeschnitten werden kann 8,9,10,11,12,13 . Diese Geräte werden entweder als passiv oder aktiv klassifiziert, je nachdem, wie sie den Benutzer motorisch unterstützen: Aktive Geräte enthalten elektrische Aktuatoren, die die Leistung des Benutzers erhöhen, während passive Geräte Energie aus den Bewegungen des Benutzers speichern, um sie bei Bedarf an den Benutzer wieder freizugeben14. Da aktive Geräte die Fähigkeit haben, die Leistungsfähigkeit eines Benutzers zu erhöhen, werden diese Geräte viel häufiger bei Extremitätenschwäche eingesetzt[14].
Um die motorische Absicht in dieser Population zu bestimmen, verlassen sich moderne Exoskelette häufig auf Mustererkennungsalgorithmen, die entweder aus der Elektromyographie (EMG) der distalen Extremitätenmuskulatur 8,15,16,17 oder der Oberflächenelektroenzephalographie (sEEG) des Gehirns generiert werden18,19,20 . Trotz des Versprechens dieser Erkennungsmodalitäten haben beide Optionen erhebliche Einschränkungen, die eine breite Verwendung dieser Geräte ausschließen. Da das sEEG Signale im Mikrovolt-Bereich transkranial detektiert18,19,20, konzentriert sich die Kritik häufig auf die Unfähigkeit, diese Signale vom Hintergrundrauschen 21 zu unterscheiden. Wenn das Hintergrundrauschen dem gewünschten Aufnahmesignal ähnlich ist, führt dies zu niedrigen Signal-Rausch-Abständen (SNRs), was zu einer ungenauen Motorerkennung und Klassifizierung22,23 führt. Die genaue Signalerkennung beruht zusätzlich auf einem stabilen, niederohmigen Kopfhautkontakt21, der durch das Vorhandensein von grobem/dickem Haar, Benutzeraktivität und sogar Schwitzen signifikant beeinflusst werden kann22,24. Im Gegensatz dazu sind EMG-Signale mehrere Größenordnungen größer in der Amplitude, was eine größere Genauigkeit der Motorsignalerkennung ermöglicht15,18,25. Dies hat jedoch seinen Preis, da nahe gelegene Muskeln das Signal kontaminieren können, wodurch die Freiheitsgrade, die vom Gerät 16,17,25 gesteuert werden können, verringert werden können und eine tiefe Muskelbewegung25,26,27,28 nicht erkannt werden kann. Am wichtigsten ist, dass EMG nicht als Kontrollmethode verwendet werden kann, wenn eine signifikante Muskelkompromittierung und eine vollständige Abwesenheit von Gewebe vorliegt29.
Um die Entwicklung robotischer Exoskelette voranzutreiben, ist eine konsistente und genaue Detektion der motorischen Absicht des vorgesehenen Benutzers erforderlich. Schnittstellen, die das periphere Nervensystem nutzen, haben sich aufgrund ihres relativ einfachen Zugangs und ihrer funktionellen Selektivität als vielversprechende Schnittstellentechnik herausgestellt. Aktuelle periphere Nervenschnittstellenmethoden können invasiv oder nicht-invasiv sein und fallen typischerweise in eine von drei Kategorien: extraneurale Elektroden 30,31,32,33, intrafaszikuläre Elektroden 34,35,36 und penetrierende Elektroden37,38,39,40 . Da periphere Nervensignale im Allgemeinen auf dem Niveau von Mikrovolt liegen, kann es schwierig sein, diese Signale von Hintergrundgeräuschen mit ähnlicher Amplitude41,42 zu unterscheiden, was die Gesamtmotorerkennungsgenauigkeit der Schnittstelle verringert. Diese niedrigen Signal-Rausch-Verhältnisse (SNR) verschlechtern sich oft im Laufe der Zeit infolge einer sich verschlechternden Elektrodenimpedanz 43, die entweder durch Abbau der Vorrichtung39,43 oder durch lokale Fremdkörperreaktionen erzeugt wird, die Narbengewebe um die Vorrichtung herum erzeugen und/oder lokale axonale Degeneration37,44. Obwohl diese Mängel in der Regel durch Reoperation und Implantation einer neuen peripheren Nervenschnittstelle behoben werden können, ist dies keine praktikable langfristige Lösung, da weiterhin fremdkörperassoziierte Reaktionen auftreten würden.
Um diese lokalen Gewebereaktionen zu vermeiden, die durch die Interaktion peripherer Nerven mit abiotischen Schnittstellen entstehen, ist eine Grenzfläche mit einer biologischen Komponente erforderlich. Um diesen Mangel zu beheben, wurde das Regenerative Peripheral Nerve Interface (RPNI) entwickelt, um transezierte periphere Nerven in die Stumpfgliedmaßen von Amputationen mit Prothesenzu integrieren 45,46,47,48. Die Herstellung des RPNI beinhaltet die chirurgische Implantation eines transezierten peripheren Nervs in ein Segment autologer freier Muskeltransplantate, wobei Revaskularisation, Regeneration und Reinnervation im Laufe der Zeit auftreten. Durch die Erzeugung von Milli-Volt-Level-Compound-Muskelaktionspotentialen (CMAPs) ist das RPNI in der Lage, das Mikrovolt-Level-Signal seines enthaltenen Nervs um mehrere Größenordnungen zu verstärken, was eine genaue Erkennung der motorischen Absicht45,48,49 ermöglicht. In den letzten zehn Jahren hat sich das RPNI beträchtlich weiterentwickelt, mit bemerkenswerten Erfolgen bei der Verstärkung und Übertragung efferenter motorischer Nervensignale sowohl in Tierversuchen 50,51 als auch am Menschen47, was eine hochpräzise prothetische Gerätesteuerung mit mehreren Freiheitsgraden ermöglicht.
Personen mit Extremitätenschwäche, aber intakten peripheren Nerven würden in ähnlicher Weise von einer hochgenauen Erkennung der motorischen Absicht durch periphere Nervenschnittstellen profitieren, um Exoskelett-Geräte zu steuern. Da das RPNI für die Integration mit transezierten peripheren Nerven, wie z.B. bei Personen mit Amputationen, entwickelt wurde, waren chirurgische Modifikationen notwendig. Aufbauend auf den Erfahrungen mit dem RPNI wurde das Muscle Cuff Regenerative Peripheral Nerve Interface (MC-RPNI) entwickelt. Es besteht aus einem ähnlichen Segment des freien Muskeltransplantats wie beim RPNI und ist stattdessen umlaufend an einem intakten peripheren Nerv befestigt (Abbildung 1). Im Laufe der Zeit regeneriert es sich und wird durch kollaterales axonales Sprießen reinnerviert, wodurch diese efferenten motorischen Nervensignale verstärkt und in EMG-Signale übersetzt werden, die um mehrere Größenordnungen größer sind52. Da das MC-RPNI biologischen Ursprungs ist, vermeidet es die unvermeidliche Fremdkörperreaktion, die bei den derzeit verwendeten peripheren Nervenschnittstellen auftritt52. Darüber hinaus verleiht der MC-RPNI die Fähigkeit, mehrere Freiheitsgrade gleichzeitig zu steuern, da sie auf distal sezierten Nerven zu einzelnen Muskeln ohne signifikantes Übersprechen platziert werden können, wie zuvor in RPNIs49 gezeigt wurde. Schließlich kann der MC-RPNI unabhängig von der distalen Muskelfunktion arbeiten, da er auf dem proximalen Nerv platziert wird. Aufgrund seiner Vorteile gegenüber aktuellen peripheren Nervenschnittstellen ist das MC-RPNI vielversprechend für eine sichere, genaue und zuverlässige Methode der Exoskelettkontrolle.

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

die muskelmanschette regenerative periphere nervenschnittstelle zur verstärkung intakter peripherer nervensignale

The Muscle Cuff Regenerative Peripheral Nerve Interface for the Amplification of Intact Peripheral Nerve Signals

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.

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 Konstruktführt 42,45,48,49. Zu diesem Zeitpunkt oder da...

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.

Die Muskelmanschette Regenerative periphere Nervenschnittstelle zur Verstärkung intakter peripherer Nervensignale

Robotic exoskeletons have gained recent acclaim within the field of rehabilitative medicine as a promising modality for functional restoration for those ...

Physiologische Nervensignale liegen auf dem Niveau von Mikrovolt, was viel zu klein ist, um mit derzeit verfügbaren Elektroden zuverlässig aufzuzeichnen. Der MC-RPNI kann mit intakten peripheren Nerven kommunizieren und die kleinen Signale über das Hundertfache verstärken, um eine zuverlässige und genaue Erkennung der motorischen Absicht zu ermöglichen. Der Hauptvorteil dieser Technik ist ihre biologische Natur.Es kann sich langfristig mit intakten peripheren Nerven verbinden, ohne eine nachteilige Wirkung auf den Nerv selbst oder distal innervierte Muskelziele zu haben. Angetriebene Exoskelettgeräte, die in der Lage sind, die Funktion von Menschen mit Extremitätenschwäche wiederherzustellen, werden selten in ihrem vollen Potenzial genutzt, da die motorische Absicht nicht zuverlässig und genau erkannt werden kann. Aufgrund seiner biologischen Nervensignalverstärkungsfähigkeiten ist die Muskelmanschette RPNI die Antwort auf diese Mängel.Machen Sie einen Längsschnitt entlang des vorderen Aspekts der gewünschten Spenderhinterbeine, der sich von knapp über dem Knöchel bis knapp unter das Knie mit einem Skalpell Nummer 15 erstreckt. Sezieren Sie das darunter liegende Unterhautgewebe mit einer scharfen Irisschere, um die darunter liegende Muskulatur und die distalen Sehnen nur in der Nähe des Sprunggelenks freizulegen. Isolieren Sie den EDL-Muskel und seine distale Sehne von der umgebenden Muskulatur.Stellen Sie die Isolierung der richtigen Sehne sicher, indem Sie beide Zinken einer Pinzette oder Irisschere unter die distale Sehne in der Nähe des Sprunggelenks einführen. Öffnen Sie die Pinzette oder Schere, um Druck nach oben auf die Sehne auszuüben. Führen Sie eine distale Tenotomie des EDL-Muskels auf Knöchelhöhe mit einer scharfen Irisschere durch und sezieren Sie den Muskel frei von umgebendem Gewebe, das in der Nähe seines sehnigen Ursprungs arbeitet.Sobald die proximale Sehne sichtbar ist, führen Sie eine proximale Tenotomie mit einer scharfen Irisschere durch, um das Transplantat zu befreien, schneiden Sie beide sehnigen Enden des Muskeltransplantats und schneiden Sie mit einer scharfen Irisschere auf die gewünschte Länge. Machen Sie einen Längsschnitt entlang der gesamten Trimmlänge auf einer Seite des Muskeltransplantats, um die Platzierung des Nervs innerhalb des Muskeltransplantats zu erleichtern und den Kontakt des Nervs mit dem Endomysium herzustellen. Legen Sie das vorbereitete Muskeltransplantat in eine mit Kochsalzlösung angefeuchtete Gaze, um das Austrocknen des Gewebes zu verhindern.Markieren Sie den chirurgischen Schnitt, der sich von einer Linie von etwa 5 Millimetern von der Ischiaskerbe bis zum unteren Kniegelenk erstreckt. Schneiden Sie durch die Haut und das Unterhautgewebe entlang der markierten Inzisionslinie mit einer Klinge Nummer 15. Schneiden Sie vorsichtig durch die darunter liegende Bizepsfaszie und achten Sie darauf, sich nicht über die gesamte Tiefe des Muskels zu erstrecken, da der Ischiasnerv direkt darunter liegt.Dann sezieren Sie vorsichtig durch den Bizepsmuskel mit einer stumpfen kleinen Schere oder einem Hämostat. Identifizieren Sie den gemeinsamen Damm- oder CP-Nerv und isolieren Sie ihn sorgfältig mit einer Mikrozange und einer Mikroschere von den umliegenden Nerven. Entfernen Sie das umgebende Bindegewebe von den mittleren 2 Zentimetern des Nervs und achten Sie darauf, den Nerv nicht zu zerquetschen.Halten Sie das proximale Epineurium mit einer Mikrozange über den zentralen Teil des befreiten CP-Nervs und schneiden Sie sofort mit einer Mikrodissektionsschere in das Epineurium. Fahren Sie dann distal entlang des Nervs, um ein epineuriales Fenster zu bilden, das der Muskeltransplantatlänge entspricht, und entfernen Sie etwa 25% des Epineuriums. Achten Sie darauf, dieses Segment in einem Stück zu entfernen.Entfernen Sie das Muskeltransplantat aus der mit Kochsalzlösung angefeuchteten Gaze und legen Sie es unter den zentralen Teil des CP-Nervs, wo das epineuriale Fenster geschaffen wurde. Drehen Sie den Nerv um 180 Grad, so dass der epineuriale Fensterabschnitt den intakten Muskel berührt und nicht unter der eventuellen Nahtlinie liegt. Vernähen Sie das CP-Nervenepineurium mit einem 8-O Nylonnaht proximal und distal zum Muskeltransplantat innerhalb der Rille mit einfachen unterbrochenen Nähten, um Epineurium zu Endomysium zu sichern.Umlaufende Umhüllung der Ränder im Muskeltransplantat, das den nun gesicherten Nerv umgibt, und Naht mit unterbrochenem 8-O Nylonstiche. Sobald die Hämostase erreicht ist, schließen Sie die femoröse Bizepsfaszie über dem Konstrukt mit einer 5-O-chromischen Naht in laufender Weise. Verschließen Sie die darüber liegende Haut mit einer 4-O-Chromnaht laufend.H&E-Färbung eines MC-RPNI-Querschnitts zeigt den Muskel und den Nerv. Der Querschnitt des ipsilateralen distal innervierten EDL-Muskels bei einer Ratte mit einem MC-RPNI zeigte lebensfähiges Nerven- und Muskelgewebe ohne signifikante Fibrose oder Narbenbildung im Vergleich zum Querschnitt bei einer Kontrollratte ohne MC-RPNI. Die Immunhistochemie eines Längsschnitts einer MC-RPNI-Probe zeigt blau gefärbte Kerne mit DAPI und grün gefärbtes Nervengewebe.Eine Nahaufnahme eines anderen erfolgreichen MC-RPNI zeigt mehrere innervierte neuromuskuläre Verbindungen, die mit Alpha-Bungarotoxin in Rot für Acetylcholinrezeptoren gefärbt sind. Elektrophysiologische Tests, die an den MC-RPNI-Konstrukten durchgeführt wurden, zeigten, dass die erzeugten zusammengesetzten Muskelaktionspotentiale oder CMAPs-Wellenformen dem nativen Muskel ähneln, was weiter unterstützt, dass sie von ihrem enthaltenen Nerv renerviert wurden. CMAPs, die durch physiologische EDL-Muskeln nach proximaler CP-Nervenstimulation erzeugt werden, liegen typischerweise zwischen 20 und 30 Millivolt.EDL-CMAPs bei Ratten mit implantierten MC-RPNIs unterscheiden sich nicht signifikant und betragen durchschnittlich 24,27 Millivolt plus oder minus 1,34 Millivolt. Es ist wichtig, ein epineuriales Fenster zu üben, bevor Sie es in einer Studie verwenden. Das Epineurium ist eine sehr dünne, zerbrechliche Hülle auf dem Nerv, und die Beschädigung der darunter liegenden Nervenfasern kann die Ergebnisse auf höchst unvorhersehbare Weise verändern.Diese Konstrukte gelten bei Ratten nach 3 Monaten als ausgereift und ihre Anpassungsmöglichkeiten sind endlos. Nach der Reifung kann der MC-RPNI in physiologischen Bewertungen, elektrophysiologischen Analysen und Muskelkrafttests verwendet werden, um nur einige zu nennen. End-to-Side-Neurorhaphie ist ein relativ neues Konzept in der Chirurgie, bei dem ein transezierter Nerv mit einem intakten peripheren Nerv verbunden ist, der Kollaterale induziert, die aus dem intakten Nerv in das transplantierte Segment sprießen.Wir haben entdeckt, dass dieses Phänomen auch bei Muskeln auftritt, die direkt auf den intakten Nerv gepfropft werden, und die Möglichkeiten für weitere Forschung sind faszinierend.

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Research

Forschung

JoVE Journal

Bioengineering

Biotechnik

Traumatische Verletzungen des Rückenmarks stört die Kommunikation mit dem Gehirn. Zur Wiederherstellung verloren Konnektivität nutzen wir ein peripherer Nerv Transplantat zu einem Substrat zur Regeneration von Fasern in Kombination bieten mit neurotrophen Faktoren und Matrix-modulierenden Enzyme hemmenden Moleküle zu entfernen, um Langstrecken-Wachstum zu fördern.

Die Kombination Peripheral Nerve Grafting und Matrix Modulation der Verletzte Rat Spinal Cord Repair

Quelle: Svientek, S. R., et al. Herstellung der kompositorischen regenerativen peripheren Nervenschnittstelle (C-RPNI) bei der erwachsenen Ratte.  J. Vis. Exp. (2020).Dieses Video zeigt die chirurgische Konstruktion einer kompositiven regenerativen peripheren Nervenschnittstelle (C-RPNI) in einem Rattenmodell für periphere Nervenverletzungen. Bei dem Verfahren wird ein durchtrennter Peroneusnerv an ein Muskeltransplantat gebunden und mit einem dermalen Hauttransplantat überlagert, um die...

Konstruktion einer kompositorischen regenerativen peripheren Nervenschnittstelle in einem Rattenmodell für Nervenverletzungen

Dieses Video zeigt die Herstellung einer flachen Nervenumhüllungselektrode. Es zeigt die Integration von Abschirmmetall und präziser Polymerschichtung für eine effektive Aufnahmeoberfläche. Der Prozess umfasst das Anbringen, Aushärten, Trimmen und Schneiden von Polymerschichten für einen optimalen Nervenkontakt und eine genaue Signalaufzeichnung.

Herstellung von Nervenelektroden mit flacher Grenzfläche zur Aufzeichnung neuronaler Aktivität

Dieser Artikel enthält eine detaillierte Beschreibung des Herstellungsprozesses eines hohen Kontaktdichte flache Schnittstelle Nervenelektrode (FINE). Diese Elektrode ist optimiert für die Aufzeichnung und die neuronale Aktivität selektiv innerhalb der peripheren Nerven zu stimulieren.

Die Herstellung von High-Kontakt-Dichte, Flach-Interface Nerve Elektroden für die Aufnahme und Stimulation Anwendungen

Hier wird ein Protokoll zur Herstellung eines implantierbaren Systems zur in vivo-chronologischen Aufzeichnung evozierter und spontaner elektromyographischer Potentiale vorgestellt. Das System wird auf die Untersuchung der Reinnervation der Kehlkopfmuskulatur nach Einer Nervenverletzung angewendet.

Ein implantierbares System für die chronische In-Vivo-Elektromyographie

Das folgende Manuskript beschreibt eine neuartige Methode zur Entwicklung eines biologischen, geschlossenen neuronalen Feedbacksystems, das als zusammengesetzte regenerative periphere Nervenschnittstelle (C-RPNI) bezeichnet wird. Dieses Konstrukt hat die Fähigkeit, mit peripheren Nerven zu integrieren, um effelösenmotorische Signale zu verstärken und gleichzeitig eine affete sensorische Rückmeldung zu liefern.

Herstellung der Composite Regenerative Peripheral Nerve Interface (C-RPNI) in der Erwachsenenratte

Bestehende Ansätze für den Bau chronisch implantierbarer peripherer Nervenmanschettenelektroden für den Einsatz bei kleinen Nagetieren erfordern oft spezielle Ausrüstung und/oder hochqualifiziertes Personal. In diesem Protokoll zeigen wir einen einfachen, kostengünstigen Ansatz zur Herstellung chronisch implantierbarer Manschettenelektroden und ihre Wirksamkeit für die Vagusnervstimulation (VNS) bei Ratten.

Vorbereitung von peripheren Nervenstimulationselektroden für die chronische Implantation bei Ratten

Dabei handelt es sich um ein Protokoll für die chirurgische Implantation und den Betrieb einer drahtlos betriebenen Schnittstelle für periphere Nerven. Wir demonstrieren die Nützlichkeit dieses Ansatzes anhand von Beispielen von Nervenstimulatoren, die entweder auf dem Ischias- oder dem Phrenicusnerv der Ratte platziert wurden.

Implantation und Steuerung von drahtlosen, batterielosen Systemen für periphere Nervenschnittstellen

Dieses Protokoll beschreibt die Vorbereitung von ganzem Ischiasnervengewebe der Ratte für die elektrophysiologische Stimulation ex vivo und die Aufzeichnung in einem umweltregulierten, durchbluteten Salzbad mit zwei Kompartimenten.

Vorbereitung des Rattenischiasnervs für die Ex-vivo-Neurophysiologie

Im Folgenden beschreiben wir das chirurgische Vorgehen zur Durchführung einer Regenerativen peripheren Nervenschnittstelle (RPNI) Operation zur Behandlung von neuropathischen Schmerzen nach Amputation im Rahmen einer internationalen, randomisierten kontrollierten Studie (RCT) (ClinicalTrials.gov, NCT05009394). Die RCT vergleicht die RPNI mit zwei anderen chirurgischen Techniken, nämlich der gezielten Muskelreinnervation (TMR) und der Neuromentfernung in Kombination mit intramuskulärer...

Regenerative periphere Nervenschnittstelle: Chirurgisches Protokoll für eine randomisierte kontrollierte Studie bei Schmerzen nach Amputation

Erfahren Sie die Entwicklung der Muskelmanschette Regenerativen peripheren Nervenschnittstelle zur Verstärkung peripherer Nervensignale. Diese biologische Methode ermöglicht die zuverlässige Detektion motorischer Absicht für neuroprothetische Anwendungen.

Die Muskelmanschette Regenerative periphere Nervenschnittstelle zur Verstärkung intakter peripherer Nervensignale

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