Implantación de matrices de electrocorticografía blanda subdural (ECoG) y registro cortical a largo plazo en minipigs

Este modelo puede convertirse en un estándar para la validación de la seguridad y eficacia de los dispositivos corticales crónicos en términos de biocompatibilidad, resolución y calidad de la señal. Nuestro procedimiento describe un método reproducible y escalable para realizar un seguimiento a largo plazo de la seguridad y eficacia del dispositivo. Esto incluye la monitorización neuronal a lo largo del tiempo, así como la obtención de imágenes in vivo y ex vivo.

Nuestro método ayudará en el desarrollo de neuroprótesis corticales sensoriales y motoras. Es una herramienta para comprender la actividad de las redes corticales a gran escala. Este método se puede utilizar en neurociencia fundamental para investigar la conectividad funcional en diferentes áreas corticales.

También se puede aplicar a otros modelos animales de gran tamaño. El abordaje quirúrgico necesita algo de práctica, que se puede adquirir primero en cadáveres o experimentos agudos. Las mediciones deberían ser bastante sencillas.

Para comenzar, haga una incisión en la piel del animal anestesiado con un bisturí a lo largo de la línea media. Separe el músculo y el periostio del hueso con un raspador y coloque separadores para un acceso óptimo. Para realizar la craneotomía, taladre el contorno con un taladro de hueso con una broca de corte redonda, teniendo en cuenta el grosor del cráneo medido en la radiografía.

Riegue el lugar de perforación con solución salina para evitar el sobrecalentamiento del hueso. Taladre con cuidado el contorno de manera homogénea hasta llegar a la duramadre. En el primer avance, termine de perforar el contorno hasta que se haya adelgazado lo suficiente como para casi romperse.

A continuación, utilice una espátula plana para romper el colgajo óseo en una sola pieza utilizando el borde de la craneotomía como palanca. Para realizar la durotomía, utilizando la aguja de un kit de sutura de seis oh, perfore y levante con cuidado la duramadre en el extremo anterior o posterior de la craneotomía, a medio camino entre el lado medial y lateral, y cree el comienzo de una incisión con el bisturí. A continuación, utilizando una pequeña espátula plana insertada en el espacio subdural, actúa como base de corte para proteger la corteza.

Cree una hendidura anteroposterior en la duramadre avanzando simultáneamente con ambas herramientas. Asegúrese de que la hendidura sea ligeramente más grande que el ancho del implante. Coloque el implante por encima de la hendidura de la duramadre y, con pinzas pequeñas, inserte subduralmente el dispositivo deslizándolo secuencialmente en cada borde.

Sujete con cuidado el extremo del pedestal del dispositivo y avance con el implante para no crear tensión que obstaculice la inserción. Detenga la inserción cuando el borde del conector esté ubicado en la parte superior de la ranura. Para asegurar el implante en su lugar, coloque un puente de titanio sobre el cable después del borde de la craneotomía o en las alas de anclaje, y asegúrelo con uno o dos tornillos de titanio con el destornillador adecuado.

A continuación, sutura la duramadre con cuidado alrededor del cable del implante. Usando una sutura reabsorbible de tres oh y un pequeño portaagujas, junte los dos bordes de la duramadre tanto como sea posible sin rasgar la membrana delgada con el alambre de sutura. Para realizar la colocación de un colgajo óseo, fije un puente de titanio en la parte anterior y posterior de cada colgajo óseo con un tornillo de titanio.

Atornilla el extremo de los puentes de titanio al cráneo. A continuación, planifique la orientación del reposapiés para asegurarse de que todas las patas se puedan atornillar en el cráneo. A continuación, fije el reposapiés atornillando los tornillos de titanio del reposapiés hasta que quede firmemente en su sitio.

A continuación, atornille el pedestal en el reposapiés. Cree suturas subcutáneas con un alambre de sutura no reabsorbible de cuatro oh, con suturas separadas por tres milímetros. Comience alejándose del pedestal, moviéndose hacia él a ambos lados de la incisión.

A continuación, cierre la capa dérmica suturando la piel con un alambre de sutura no reabsorbible de seis oh. Con suturas separadas por cinco milímetros. Comience alejándose del pedestal, moviéndose hacia él a ambos lados de la incisión.

Tenga cuidado de lograr una buena aposición del tejido entre los dos colgajos de piel y cerca del borde del pedestal para evitar un vacío. Después de conectar la etapa de cabeza inalámbrica en el animal, ya sea sosteniendo al animal o distrayéndolo alimentándolo con golosinas, registre las señales cerebrales despiertas. Asegúrese de colocar la antena amplificadora y los altavoces externos cerca de la jaula del cerdo mientras graba las señales.

La actividad basal sin estímulos sonoros y potenciales evocados auditivos en respuesta a una estimulación de ráfaga de tonos de 800 hercios se puede mapear sobre la guía de electrodos. El potencial evocado auditivo en un solo canal de electrodo se muestra a lo largo del tiempo con flechas que marcan la respuesta de encendido y la actividad basal se muestra como una comparación. Se realizaron imágenes in vivo intraoperatorias y postoperatorias para evaluar el estado cerebral y la posición del implante.

En el plano intraoperatorio se verificó la colocación del implante en el plano y no se produjo ningún pliegue como se observó en la colocación del marcador radiopaco. La superficie del cerebro está intacta, como se puede observar en la resonancia magnética postoperatoria. En general, con este sistema de implante y pedestal, es posible obtener imágenes de todo el cerebro en el transcurso del período de implantación para ver las estructuras anatómicas o la presencia de líquido y sangre alrededor del implante.

Además, los electrodos clínicos se utilizan como comparadores en este estudio, pero no se pueden obtener imágenes en la resonancia magnética debido a problemas de calentamiento y seguridad y requieren tomografías computarizadas. La tubería presentada permite la extracción y sección de todo el cerebro para obtener imágenes de hemisferios completos. Las imágenes de toda la sección de tejido mostraron una capa neuronal clara.

Las células están claramente definidas en las imágenes confocales a 20x y permiten una investigación fina de los marcadores inflamatorios. Se utilizó la caracterización electroquímica de los dispositivos para extraer el módulo de impedancia y la fase in vitro, que se rastreó a lo largo del tiempo a un kilohercio durante los seis meses de implantación. Es crucial seleccionar cuidadosamente la edad y el tamaño del animal para evitar la apertura de los senos paranasales durante la cirugía.

Esto comprometería el experimento crónico. Es importante evitar el sangrado al acceder a la duramadre o al insertar los implantes. Esto evitará complicaciones adicionales y respuesta inflamatoria.

Una vez que este modelo está en su lugar, se puede utilizar para realizar electrofisiología de comportamiento libre en mini cerdos y registrar la actividad de las áreas corticales de interés. Este método se puede aplicar en la recopilación de datos de bioseguridad para la presentación de un ensayo clínico en el desarrollo de nuevas neuroprótesis que se trasladarán a los seres humanos.