Subdurale weiche Elektrokortikographie (ECoG) Array-Implantation und Langzeit-Kortikalableitung bei Minischweinen

Dieses Modell kann zu einem Standard für die Sicherheits- und Wirksamkeitsvalidierung von chronischen kortikalen Geräten in Bezug auf Biokompatibilität, Auflösung und Signalqualität werden. Unser Verfahren beschreibt eine reproduzierbare und skalierbare Methode, um die Sicherheit und Wirksamkeit von Produkten langfristig zu überwachen. Dazu gehören die neuronale Überwachung im Zeitverlauf sowie die In-vivo- und Ex-vivo-Bildgebung.

Unsere Methode wird bei der Entwicklung von sensorischen und motorisch-kortikalen Neuroprothesen helfen. Es ist ein Werkzeug, um die Aktivität großer kortikaler Netzwerke zu verstehen. Diese Methode kann in den Neurowissenschaften eingesetzt werden, um die funktionelle Konnektivität über verschiedene kortikale Bereiche hinweg zu untersuchen.

Kann auch auf andere Großtiermodelle angewendet werden. Der chirurgische Ansatz erfordert etwas Übung, die man sich zunächst an Leichen oder Akutexperimenten aneignen kann. Die Messungen sollten dann ziemlich einfach sein.

Zu Beginn schneiden Sie die Haut des betäubten Tieres mit einem Skalpellmesser entlang der Mittellinie ein. Trennen Sie den Muskel und die Knochenhaut mit einem Raspatorium vom Knochen und platzieren Sie Spreizer für einen optimalen Zugang. Um die Kraniotomie durchzuführen, bohren Sie den Umriss mit einem Knochenbohrer mit einem runden Schneidmeißel unter Berücksichtigung der auf dem Röntgenbild gemessenen Dicke des Schädels.

Bewässern Sie die Bohrstelle mit Kochsalzlösung, um eine Überhitzung des Knochens zu vermeiden. Bohren Sie die Kontur vorsichtig homogen bis zur Dura mater. Beim ersten Durchbruch wird der Umriss so lange gebohrt, bis er so dünn geworden ist, dass er fast durchbricht.

Brechen Sie dann mit einem flachen Spatel den Knochenlappen in einem Stück ab, wobei Sie den Kraniotomierand als Hebel verwenden. Um eine Durotomie mit der Nadel aus einem Sechs-Oh-Nahtset durchzuführen, wird die Dura mater am vorderen oder hinteren Ende der Kraniotomie, auf halbem Weg zwischen der medialen und lateralen Seite, vorsichtig gestochen und angehoben und mit dem Stichmesser der Anfang eines Schnitts geschaffen. Dann wird ein kleiner flacher Spatel in den Subduralraum eingeführt, der als Schneidebasis dient, um den Kortex zu schützen.

Erzeugen Sie einen anteroposterioren Schlitz in der Dura mater, indem Sie mit beiden Werkzeugen gleichzeitig vorrücken. Achten Sie darauf, dass der Schlitz etwas größer als die Breite des Implantats ist. Platzieren Sie das Implantat oberhalb des Dura-Mater-Schlitzes und führen Sie das Gerät mit einer kleinen Pinzette subdural ein, indem Sie es nacheinander an jeder Kante schieben.

Halten Sie das Sockelende des Geräts vorsichtig fest und schieben Sie das Implantat vor, um keine Spannung zu erzeugen, die das Einsetzen behindert. Stoppen Sie das Einsetzen, wenn sich die Anschlusskante auf dem Schlitz befindet. Um das Implantat zu fixieren, legen Sie eine Titanbrücke über das Kabel nach dem Rand der Kraniotomie oder in die Verankerungsflügel und befestigen Sie diese mit einer oder zwei Titanschrauben mit dem entsprechenden Schraubendreher.

Als nächstes nähen Sie die Dura mater vorsichtig um das Implantatkabel herum. Bringen Sie mit einer resorbierbaren Naht und einem kleinen Nadelhalter die beiden Dura-Mater-Ränder so weit wie möglich zusammen, ohne die dünne Membran mit dem Nahtdraht zu durchbrechen. Um eine Knochenlappenplatzierung durchzuführen, befestigen Sie eine Titanbrücke mit einer Titanschraube am vorderen und hinteren Teil jedes Knochenlappens.

Schrauben Sie das Ende der Titanbrücken an den Schädel. Planen Sie als Nächstes die Ausrichtung der Fußplatte, um sicherzustellen, dass alle Beine in den Schädel geschraubt werden können. Befestigen Sie anschließend die Fußplatte, indem Sie die Titanschrauben der Fußplatte eindrehen, bis sie fest sitzt.

Schrauben Sie dann den Sockel auf die Fußplatte. Erstellen Sie subkutane Nähte mit einem nicht resorbierbaren Nahtdraht mit Nähten im Abstand von drei Millimetern. Beginnen Sie vom Sockel weg und bewegen Sie sich auf beiden Seiten des Einschnitts auf ihn zu.

Als nächstes schließen Sie die Hautschicht, indem Sie die Haut mit einem nicht resorbierbaren Nahtdraht vernähen. Mit Nähten im Abstand von fünf Millimetern. Beginnen Sie vom Sockel weg und bewegen Sie sich auf beiden Seiten des Einschnitts auf ihn zu.

Achten Sie auf eine gute Gewebeanlagerung zwischen den beiden Hautlappen und in der Nähe des Podestrandes, um einen Hohlraum zu vermeiden. Nachdem Sie die drahtlose Kopfstufe an das Tier angeschlossen haben, indem Sie das Tier entweder halten oder es durch Füttern mit Leckerlis ablenken, zeichnen Sie die wachen Gehirnsignale auf. Stellen Sie sicher, dass Sie die Verstärkerantenne und die externen Lautsprecher in der Nähe des Schweinekäfigs platzieren, während Sie die Signale aufzeichnen.

Die Basisaktivität ohne Schallreize und akustisch evozierte Potentiale als Reaktion auf eine 800-Hertz-Ton-Burst-Stimulation kann über das Elektrodenarray abgebildet werden. Das akustisch evozierte Potential in einem einzelnen Elektrodenkanal wird im Zeitverlauf mit Pfeilen angezeigt, die die Ein-Reaktion markieren, und die Basisaktivität wird als Vergleich angezeigt. Die In-vivo-Bildgebung wurde intraoperativ und postoperativ durchgeführt, um den Gehirnzustand und die Implantatpositionierung zu beurteilen.

Die intraoperative Röntgenebene bestätigte die Implantatinsertion und keine Faltung, wie sie durch die röntgendichte Markerplatzierung beobachtet wurde. Die Oberfläche des Gehirns ist intakt, wie im postoperativen MRT zu beobachten ist. Insgesamt ist mit diesem Implantat- und Sockelsystem eine Bildgebung des gesamten Gehirns im Laufe der Implantationszeit möglich, um anatomische Strukturen oder das Vorhandensein von Flüssigkeit und Blut um das Implantat herum zu sehen.

Darüber hinaus werden in dieser Studie klinische Elektroden als Komparatoren verwendet, die jedoch aufgrund von Erwärmungs- und Sicherheitsbedenken nicht im MRT abgebildet werden können und CT-Scans erfordern. Die vorgestellte Pipeline ermöglicht die Extraktion und den Schnitt des gesamten Gehirns, um ganze Hemisphären abzubilden. Die Bildgebung des gesamten Gewebeschnitts zeigte eine deutliche Neuronenschicht.

Die Zellen sind in der konfokalen Bildgebung bei 20x klar definiert und ermöglichen eine feine Untersuchung von Entzündungsmarkern. Die elektrochemische Charakterisierung der Geräte wurde verwendet, um den Impedanzmodul und die Phase in vitro zu extrahieren, die während der sechsmonatigen Implantation über die Zeit bei einem Kilohertz verfolgt wurden. Es ist wichtig, das Alter und die Größe des Tieres sorgfältig auszuwählen, um zu vermeiden, dass sich die Nasennebenhöhlen während der Operation öffnen.

Dies würde das chronische Experiment gefährden. Es ist wichtig, Blutungen beim Zugang zur Dura mater oder beim Einsetzen der Implantate zu vermeiden. Dadurch werden weitere Komplikationen und Entzündungsreaktionen vermieden.

Sobald dieses Modell vorhanden ist, kann es verwendet werden, um sich frei verhaltende Elektrophysiologie bei Minischweinen durchzuführen und die Aktivität von kortikalen Bereichen von Interesse aufzuzeichnen. Diese Methode kann bei der Erfassung von Biosicherheitsdaten für die Einreichung einer klinischen Studie bei der Entwicklung neuer Neuroprothesen, die auf den Menschen übertragen werden sollen, angewendet werden.