Fabricación de la interfaz nerviosa periférica regenerativa compuesta (C-RPNI) en la rata adulta

Shelby  R. Svientek; Dan  C. Ursu; Paul  S. Cederna; Stephen W. P. Kemp

doi:10.3791/60841

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Artículo de método

Fabricación de la interfaz nerviosa periférica regenerativa compuesta (C-RPNI) en la rata adulta

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DOI:

10.3791/60841

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25 de febrero de 2020

Shelby R. Svientek¹ , Dan C. Ursu¹ , Paul S. Cederna¹^,² , Stephen W. P. Kemp¹^,²

¹Department of Surgery, Division of Plastic Surgery, University of Michigan, Ann Arbor, ²Department of Biomedical Engineering, University of Michigan, Ann Arbor

En este artículo

Resumen

El siguiente manuscrito describe un método novedoso para desarrollar un sistema de retroalimentación neuronal biológico de bucle cerrado llamado la interfaz nerviosa periférica regenerativa compuesta (C-RPNI). Esta construcción tiene la capacidad de integrarse con los nervios periféricos para amplificar las señales motoras eferentes mientras que al mismo tiempo proporciona una retroalimentación sensorial aferente.

Resumen

Los recientes avances en neuroprótesis han permitido a quienes viven con pérdida de extremidades reproducir muchas funciones nativas de la extremidad ausente, y esto a menudo se logra a través de la integración con el sistema nervioso periférico. Desafortunadamente, los métodos actualmente empleados se asocian a menudo con daños importantes en los tejidos que impiden el uso prolongado. Además, estos dispositivos a menudo carecen de cualquier grado significativo de retroalimentación sensorial, ya que su construcción compleja amortigua cualquier vibración u otras sensaciones de las que un usuario pueda haber dependido anteriormente al usar prótesis más simples. La interfaz nerviosa periférica regenerativa compuesta (C-RPNI) fue desarrollada como una construcción biológica estable con la capacidad de amplificar las señales nerviosas del motor eferente mientras proporciona retroalimentación sensorial aferente simultánea. El C-RPNI consiste en un segmento de injerto dérmico y muscular libre asegurado alrededor de un nervio sensorimotor mixto objetivo, con reinnervación del nervio motor preferencial del injerto muscular y reinnervación del nervio sensorial del injerto dérmico. En ratas, esta construcción ha demostrado la generación de potencial estridebidos de acción muscular compuesta (CMAP), amplificando la señal del nervio objetivo desde el nivel de micro a mil voltios, con relaciones señal-ruido promediando aproximadamente 30-50. La estimulación del componente dérmico de la construcción genera potenciales de acción nerviosa sensorial compuesta (CSP) en el nervio proximal. Como tal, esta construcción tiene una utilidad futura prometedora para la realización de la prótesis ideal e intuitiva.

Introducción

Las amputaciones de extremidades afectan a casi 1 de cada 190 estadounidenses¹, y se prevé que su prevalencia aumente de 1,6 millones hoy a más de 3,6 millones para 2050². A pesar del uso documentado durante más de un milenio, la prótesis ideal aún no se ha realizado³. Actualmente existen prótesis complejas capaces de múltiples manipulaciones articulares con el potencial de reproducir muchas funciones motoras de la extremidad nativa^4,^5. Sin embargo, estos dispositivos no se consideran intuitivos, ya que el movimiento protésico deseado suel....