Micro-array de unidades de crónicos In vivo Grabación: Unidad de Fabricación

Este video cubrirá el ensamblaje de una matriz de microimpulsores ligera con 21 microimpulsores accionados por tornillo ajustables de forma independiente. Cada microimpulsor controla la posición de grabación de un solo electrodo. Los microimpulsores están montados en una base de plástico diseñada por ordenador que los estabiliza con respecto al cráneo del animal en movimiento y agrupa los electrodos en un patrón densamente compacto que puede pasar a través de una craneotomía pequeña hacia el cerebro.

La base también soporta una placa de interfaz de electrodos para la conexión con los instrumentos de registro, lo que permite conectar y desconectar fácilmente al animal al inicio y al final de un experimento. Un cono de plástico unido a la base protege las microimpulsiones y los electrodos de los elementos presentes en la jaula de la rata. Hola, soy Faia Postman del laboratorio de Matt Wilson en el Instituto PIKA para el Aprendizaje y la Memoria del Instituto de Tecnología de Massachusetts.

Hoy les mostraremos un protocolo para fabricar una de esas matrices microdivers. En nuestro laboratorio, utilizamos estas matrices microdivers para registrar la actividad de una gran población de neuronas en el cerebro de ratas, por ejemplo, desde la corteza o el hipocampo. Primero, les mostraremos cómo diseñamos nuestra matriz microdivers.

Luego nos dirigiremos al taller, donde Steve y Stewart nos mostrarán cómo procesar las materias primas y cómo ensamblarlas en un dispositivo completamente funcional. Así que comencemos. La base de plástico se diseña utilizando software de diseño asistido por computadora y se fabrica mediante un proceso de impresión 3D económico.

También modelamos todos los demás componentes del arreglo de microimpulsores. Esto nos permite controlar cuidadosamente el tamaño y el peso del impulsor terminado. En la parte superior de la base de plástico hay dos anillos de orificios que aceptarán los microimpulsores individuales.

El modelo 3D se envía a una agencia de servicios que construye el diseño a partir de una resina curable por láser mediante estereolitografía. Eso solo debería tardar unos días y la pieza resultante es ligera y reutilizable. Una vez que la pieza llega de la agencia de servicios, debemos prepararla para su uso.

Así que vamos al taller. El proceso de impresión 3D no puede imprimir agujeros pequeños de forma confiable, por lo que especificamos agujeros de diámetro más pequeño en nuestros modelos. Luego, se perforan y machuelan los agujeros al tamaño requerido en el taller.

Se utilizan tres brocas de diferentes tamaños para preparar la base de plástico: una broca número 61, una broca número 65 y una broca de 1,55 milímetros en el anillo exterior de la base. Utilice un taladro manual con una broca número 61 a velocidades muy bajas para preparar los orificios guía donde posteriormente se insertarán los tornillos del microimpulsor. A continuación, prepare los orificios para los tubos de soporte del microimpulsor que entran en la base, agrandando estos orificios con una broca número 65.

Utilizando la broca más grande de 1,55 milímetros, agrandar los orificios que sujetarán la base a la placa de interfaz de electrodos y al cono protector. Para garantizar un movimiento suave en el microposicionador, insertar un manguito de acero inoxidable en el anillo interno de orificios. Cada manguito debe ajustarse mediante presión con un par de alicates hasta quedar al ras con la parte superior de la base.

Ahora es necesario roscar los orificios guía para los tornillos. Utilice una broca manual para sujetar el macho de roscar y aplique un lubricante seco antes de roscar. Alinee el macho asegurándose de que esté paralelo a un tubo de calibre 23 que inserte temporalmente en el manguito adyacente.

Los orificios que sujetan la placa de interfaz y el cono protector deben roscarse. Rosquee manualmente estos orificios de la misma manera. El diseño basado en plástico incluye un iniciador de rosca para cada orificio guía del tornillo, para asegurar que las roscas iniciales no se dañen durante el proceso de roscado.

Después de que todos los orificios piloto estén roscados, estos iniciadores de macho pueden retirarse fácilmente con una cuchilla de afeitar. Los electrodos se dirigen hacia un único sitio en la parte inferior del impulsor mediante varios tubos guía eléctricos.

Primero, necesitamos fabricar la cánula colectora que sostendrá todos los tubos guía electrostáticos. La cánula colectora está hecha de un trozo de tubo de acero inoxidable de 1,5 centímetros de longitud. La cánula colectora se fijará con cemento dental.

Para mejorar la adhesión, lije cuidadosamente el tubo utilizando una rueda de amolar Dremel e inserte esta cánula en la parte inferior de la base de plástico. Colóquela de manera que queden entre cinco y siete milímetros de la cánula fuera de la matriz del microimpulsor. Para facilitar la implantación quirúrgica, fije la cánula colectora a la parte inferior de la base de plástico.

Con acrílico dental, deje que cure durante al menos 15 minutos. Ahora, prepare los tubos guía cortando 21 piezas de poliamida con una cuchilla de afeitar. Comience este paso introduciendo los 21 tubos guía en la cánula colectora en la parte inferior de la base del impulsor.

Esto asegurará que los tubos estén todos paralelos entre sí. Si los tubos del conjunto están demasiado sueltos o ajustados, puede comenzar con menos tubos o agregar tubos adicionales según sea necesario. Ahora, retire cada tubo guía uno a la vez e introdúzcalo en una de las mangas en la parte superior del mecanismo de accionamiento.

Pase el tubo hacia abajo a través del espacio dejado en el haz de tubos. Inspeccione los tubos guía en busca de dobleces o curvas pronunciadas y reemplácelos según sea necesario. Ajuste la posición de cada tubo guía para que sobresalga de uno a dos milímetros por encima de la parte superior del manguito.

Ahora, agregue una pequeña gota de pegamento sano acro lake delgado en la parte inferior de la cánula colectora. Tenga mucho cuidado de no dejar que el pegamento fluya hacia los tubos guía. A continuación, use una cuchilla de afeitar nueva para cortar el conjunto de tubos sobrantes en la parte inferior de la cánula colectora.

Verifique bajo un estereoscopio que los tubos estén cortados limpiamente y al ras con la cánula. Cada electrodo se avanza mediante su propio microimpulsor, por lo que necesitamos fabricar 21 microimpulsores y luego insertarlos en la base de plástico. Cada microimpulsor consta de un tornillo personalizado y un tubo de soporte hueco, que se fijan entre sí.

Con acrílico dental, el electrodo pasará a través del tubo de soporte. El tornillo tiene una parte no roscada con un pequeño reborde que se incrusta en el acrílico dental y permite que el tornillo gire libremente de esta manera. Al girar el tornillo dentro de la base de plástico, se avanza o se retrae el electrodo.

La cabeza del tornillo tiene forma de medio cilindro. Antes de poder fabricar las microplataformas, necesitamos hacer un destornillador para girar nuestros tornillos personalizados. Nuestro destornillador improvisado se construye tomando un tornillo personalizado y desgastando completamente el borde que rodea la cabeza cilíndrica semicircular.

Introduzca la cabeza del tornillo en un tubo de calibre 15 de cinco centímetros de largo hasta que quede completamente envuelto. A continuación, aplaste el tubo alrededor de las roscas del tornillo, asegurándolo dentro del tubo e impidiendo que gire. Sujete una broca miniatura para actuar como mango y listo, un destornillador.

El microimpulsor se fabrica moldeando acrílico dental alrededor del tornillo y del tubo de soporte. Los moldes que utilizamos son de plástico impreso en 3D, al igual que la base de plástico, y tienen orificios en la parte inferior que mantienen alineados el tornillo y el soporte mientras vertemos el acrílico en el molde. Primero, debemos preparar el molde: limpiar el orificio del tubo de soporte usando una aguja de calibre 23, limpiar el orificio del tornillo y crear roscas utilizando una machuela.

Este es el mismo procedimiento que acabamos de utilizar en la base de plástico. Ahora el molde está listo para usar y fabricar microimpulsores. Forre el molde con un lubricante a base de teflón para evitar que la resina acrílica dental se adhiera al molde.

Lijar los dos o tres milímetros superiores de un poste de soporte de acero inoxidable de calibre 23 y 14 milímetros de longitud con una rueda de molienda para que quede firmemente sujeto en la profundidad del acrílico. Introducir el poste de soporte en el orificio más pequeño del molde de modo que la parte superior del poste quede por encima de la parte superior del pozo. Aplicar una película delgada de lubricante a base de teflón a un tornillo e insertarlo en el orificio roscado hasta que las roscas queden justo por debajo de la base del pozo.

Ahora mezcle algo de acrílico dental y viértalo en el molde. Asegúrese de que penetre en todos los rincones y recovecos. Una aguja puede ayudar a eliminar las burbujas de aire una vez que el acrílico se haya endurecido.

Puede retirar el microimpulsor desatornillando el tornillo. Realice una inspección estricta de calidad. No debe haber grietas ni burbujas en el acrílico.

El poste y los tornillos deben estar paralelos y no deben poder moverse lateralmente. Los tornillos deben girar suavemente, pero sin holgura; cualquier microaccionamiento defectuoso debe desmontarse y sus piezas reutilizarse. Repita este proceso hasta tener 21 microaccionamientos buenos.

Si su molde tiene varios pocillos, entonces puede fabricar los microimpulsores y lotes para ahorrar tiempo. Alinee cuidadosamente cada microimpulsor con un par de orificios en la base de plástico. Deslice el tubo de soporte del microimpulsor sobre el tubo guía de polimetilmetacrilato e introdúzcalo en el manguito metálico mientras utiliza el destornillador para avanzar el tornillo del microimpulsor.

Esto puede ser complicado. Observe atentamente el centro de la base para asegurarse de que el tubo guía no se atasque en el pliegue mientras se baja la microimpulsión. Una vez que todas las microimpulsiones estén colocadas y completamente bajadas, se coloca una pequeña cantidad de acrílico en el centro del dispositivo para fijar el haz de tubos guía en su posición.

Deje que el acrílico se cure durante 15 minutos. Una vez que el acrílico esté seco, retráigase cada microimpulsor aproximadamente tres milímetros, cree un esquema de vista superior y asígnele a cada microimpulsor un nombre o número único. Ahora, observando a través del estereoscopio, dé la vuelta al impulsor y tome una fotografía de la parte inferior de la cánula colectora y de los tubos guía.

Realice una impresión de la imagen que pueda utilizarse como referencia en los pasos siguientes. A continuación, con la unidad en posición invertida, inserte un tubo delgado de poliamida en cada tubo guía hasta que emerja por la parte superior de una microunidad. Anote en la fotografía qué tubo guía corresponde a cada microunidad.

El tubo portador protegerá y soportará posteriormente los delicados cables del electrodo. Este pasa a través del microimpulsor. Alargue cada tubo portador hasta que se encuentre un centímetro por encima de la parte superior del tubo de soporte del microimpulsor y, a continuación, pegue el tubo portador al tubo de soporte con epoxi de cinco minutos o con pegamento acrílico espeso sano acro lake.

Tenga mucho cuidado con este paso. Si el pegamento gotea por el interior del tubo de soporte, puede adherir el tubo de soporte al tubo guía estacionario, arruinando así ese microimpulsor. Por eso elevamos los microimpulsores antes de insertar los tubos portadores.

Una vez que todos los tubos portadores estén pegados en su lugar, baje completamente los microposicionadores nuevamente y corte todos los tubos portadores al ras en la parte inferior del microposicionador utilizando una cuchilla nueva. A continuación, corte los tubos portadores uno o dos milímetros por encima de la parte superior del microposicionador usando tijeras afiladas. Finalmente, coloque la placa de interfaz de electrodos encima de la base del microposicionador y fíjela con dos tornillos.

En este momento, la matriz de microimpulsores está lista para ser cargada con electrodos y nuestros experimentos. Normalmente utilizamos electrodos de microlíneas de cuatro canales llamados tetrodos, aunque se puede usar cualquier tipo de electrodo. La fabricación de tetrodos, la forma de insertarlos en los microimpulsores y cómo preparar la matriz de microimpulsores para la implantación quirúrgica se tratan en otros videos de JoVE.

Este protocolo puede seguirse directamente o modificarse para satisfacer sus necesidades. Por ejemplo, algunos investigadores requerirán tornillos más largos para registrar de estructuras cerebrales más profundas. Otros podrían desear diseñar una plataforma que dirija a más de una ubicación cerebral.

El diseño también puede miniaturizarse para su uso en animales más pequeños, como ratones, con ligeras modificaciones adicionales; pueden utilizarse microposicionadores motorizados, que permiten el ajuste remoto de las posiciones de los electrodos. Acabamos de mostrarle cómo diseñar y fabricar una matriz de microposicionadores que puede implantarse en la cabeza de una rata y que nos permite registrar poblaciones grandes de neuronas mientras el animal se mueve realmente. Al realizar este procedimiento, es importante recordar roscar cuidadosamente los orificios en la base de plástico para que los tornillos del microposicionador no se deslicen.

Realice una verificación rigurosa de la calidad de los microimpulsores fabricados. Asegúrese de que el tornillo y el tubo de soporte sean paralelos y de que el tornillo gire suavemente sin holgura. Tenga cuidado al usar pegamento o acrílico dental para no obstruir accidentalmente ninguno de los tubos.

Finalmente, recuerde que para completar la matriz MyDrive y antes de realizar la cirugía, tendrá que fabricar los tetrodos y la dosis baja dentro del impulsor. Esto se explica en otro artículo de video del trabajo. Eso es todo.

Gracias por ver este video y mucha suerte con sus experimentos.