La interfaz nerviosa periférica regenerativa del manguito muscular para la amplificación de señales nerviosas periféricas intactas

Resumen

Este manuscrito proporciona un método innovador para desarrollar una interfaz nerviosa periférica biológica denominada Interfaz nerviosa periférica regenerativa del manguito muscular (MC-RPNI). Esta construcción quirúrgica puede amplificar las señales eferentes motoras de su nervio periférico asociado para facilitar la detección precisa de la intención motora y el control potencial de los dispositivos de exoesqueleto.

Resumen

Los exoesqueletos robóticos han ganado elogios recientes dentro del campo de la medicina de rehabilitación como una modalidad prometedora para la restauración funcional para aquellos individuos con debilidad en las extremidades. Sin embargo, su uso se limita en gran medida a las instituciones de investigación, que con frecuencia operan como un medio de soporte estático de las extremidades, ya que los métodos de detección motora siguen siendo poco fiables. Las interfaces nerviosas periféricas han surgido como una solución potencial a esta deficiencia; Sin embargo, debido a sus amplitudes inherentemente pequeñas, estas señales pueden ser difíciles de diferenciar del ruido de fondo, lo que reduce su precisión general de detección del motor. Como las interfaces actuales dependen de materiales abióticos, la descomposición inherente del material puede ocurrir junto con la reacción del tejido de cuerpo extraño con el tiempo, lo que afecta aún más su precisión. La interfaz nerviosa periférica regenerativa del manguito muscular (MC-RPNI) fue diseñada para superar estas complicaciones observadas. Consiste en un segmento de injerto de músculo libre asegurado circunferencialmente a un nervio periférico intacto, la construcción se regenera y se reenerva por el nervio contenido con el tiempo. En ratas, esta construcción ha demostrado la capacidad de amplificar los potenciales de acción eferentes motores de un nervio periférico hasta 100 veces el valor normal a través de la generación de potenciales de acción muscular compuestos (CMAP). Esta amplificación de señal facilita la detección de alta precisión de la intención del motor, lo que potencialmente permite la utilización confiable de dispositivos de exoesqueleto.

Introducción

Solo en los Estados Unidos, aproximadamente 130 millones de personas se ven afectadas por trastornos neuromusculares y musculoesqueléticos, lo que resulta en más de $ 800 mil millones en impacto económico anual ^1,2. Este grupo de trastornos es típicamente secundario a la patología dentro del sistema nervioso, en la unión neuromuscular o dentro del propio músculo³. A pesar de la variedad de orígenes patológicos, la mayoría comparte algún grado de debilidad de las extremidades ^1,3. Desafortunadamente, esta debilidad es a menudo pe....

Protocolo

Todos los procedimientos y experimentos con animales se llevaron a cabo con la aprobación del Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales (IACUC) de la Universidad de Michigan. Las ratas Fischer F344 y Lewis macho y hembra (~ 200-300 g) a los 3-6 meses de edad se utilizan con mayor frecuencia en experimentos, pero teóricamente se puede utilizar cualquier cepa. Si se utilizan ratas donantes en lugar de injertos musculares autólogos, las ratas donantes deben ser isogénicas a la cepa experimental. A las ratas se les permite el libre acceso a alimentos y agua tanto antes como después de la operación. Después de las evaluaciones terminales de punto final, la eutanasi....

Resultados

La fabricación quirúrgica MC-RPNI se considera una falla perioperatoria si las ratas no sobreviven a la emergencia de la anestesia quirúrgica o desarrollan una infección dentro de una semana de la operación. Investigaciones anteriores han indicado que un período de maduración de 3 meses dará como resultado una amplificación de señal confiable a partir de estas construcciones^42,45,48,49. En ese .......

Discusión

El MC-RPNI es una construcción novedosa que permite la amplificación de los potenciales de acción eferentes de un nervio motor periférico intacto para controlar con precisión un dispositivo de exoesqueleto. Específicamente, el MC-RPNI confiere un beneficio particular a aquellos individuos con debilidad en las extremidades causada por una enfermedad muscular significativa y / o ausencia de músculo donde las señales de EMG no se pueden registrar. Reducir la función muscular ya comprometida sería devastador en esta població.......

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
#15 Bisturí	Aspen Surgical, Inc	Ref 371115	Cuchillas quirúrgicas de acero al carbono con respaldo acanalado (#15)
Célula de carga de película delgada 2-N (S100)Dispositivos de	medición de deformación, Inc	SMD100-0002	Mide la fuerza generada por el músculo adherido
4-0 Sutura crómica	Ethicon SKU	# 1654G	P-3 Aguja de corte inverso
5-0 Sutura crómica	Ethicon SKU	# 687G	P-3 Aguja de corte inverso
8-0 Sutura monofilamento	AROSurgial	T06A08N14-13	Sutura monofilamento de poliamida negra en aguja cónica roscada
Ratas experimentales	Envigo	F344-NH-sd	Las ratas son Pinzas finas Fischer F344 Strain
- acabado espejo	Fine Science Tools	11413-11	Pinzas de punta fina con acabado espejo ideales para manipular estructuras delicadas como los nervios
Fluriso (isofluorano)	VetOne	13985-528-40	anestésica inhalatoria
	Red Rock	n/a	Plantilla de medición de fuerza diseñada a medida que permite la inmovilización de la extremidad posterior para permitir un registro preciso de la fuerza muscular
de MATLAB	Mathworks, Inc	PR-MATLAB-MU-MW-707-NNU	Calcula la fuerza activa para cada traza de fuerza registrada a partir de la fuerza pasiva y total mediciones
Nicolet Viasys Sistema EMG EP	Nicolet	MFI-NCL-VIKING-SELECT-2CH-EMG	Sistema portátil de registro de señales nerviosas y EMG capaz de realizar grabaciones simultáneas de 2 canales desde el nervio y/o el músculo
Oxígeno	Gases criogénicos	UN1072	Bombonas de oxígeno estándar de grado médico
Cloruro de potasio	APP Pharmaceuticals	63323-965-20	Forma inyectable, 2 mEq/mL
Povidona Yodada USP	MediChoice	65517-0009-1	Solución tópica al 10%, puede usar una botella para múltiples preparaciones quirúrgicas
Puralube Vet Opthalmic Ointment	Dechra	17033-211-38	Pomada protectora corneal para usar durante el procedimiento
Rimadyl (Caprofen)	Zoetis, Inc.	NADA# 141-199	Forma inyectable, 50 mg/mL
Microscopio estereoscópico	Leica	modelo M60	El usuario puede ajustar el aumento a su preferencia
Instrumentos quirúrgicos	Herramientas de ciencia fina	Varios	El usuario puede elegir instrumentos de acuerdo con sus preferencias personales o de lo que está disponible actualmente en su laboratorio
Pomada antibiótica triple	MediChoice	39892-0830-2	El ungüento viene en paquetes estériles y desechables
Tijeras de resorte Vannas - filo de 2 mm	Fine Science Tools	15000-04	Tijeras de microdisección curvas utilizadas para realizar la ventana epineurial
VaporStick 3	Surgivet	V7015	Torre de anestesia con espacio para bidones de isofluorano y oxígeno
Webcol Alcohol Prep	Coviden	Ref 6818	Toallitas de preparación con alcohol; use una toallita nueva para cada preparación

Plantilla de medición de la fuerza Software