Name: Una caja de herramientas de diseño de implantes neurales para primates no humanos (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-02-09T14:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 33 s
Description: Aprenda un método automatizado de planificación neuroquirúrgica en primates no humanos mediante resonancia magnética. Este enfoque permite extraer simultáneamente modelos de cerebro y cráneo para diseñar implantes personalizados que mejoran el bienestar animal y los resultados experimentales.

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Nos gustaría agradecer a Toni Haun, Keith Vogel y Shawn Fisher por su ayuda técnica y apoyo. Este trabajo contó con el apoyo de la Fundación Mary Gates de la Universidad de Washington (Rhode Island), el Instituto Nacional de Salud NIH 5R01NS116464 (T.B., A.Y.), NIH R01 NS119395 (D.J.G., A.Y.), el Centro Nacional de Investigación de Primates de Washington (WaNPRC, NIH P51 OD010425, U42 OD011123), el Centro de Neurotecnología (EEC-1028725, Z.A., D.J.G.) y Weill Neurohub (Z. I.).

Modelado automatizado de cerebro y cráneo en 3D a partir de resonancia magnética para la planificación neuroquirúrgica de NHP

<ol><li>Mitchell, A. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Continued+need+for+nonhuman+primate+neuroscience+research%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Biology%22%5BJournal%5D)">Continued need for nonhuman primate neuroscience research.</a> Current Biology. 28 (20), R1186-R1187 (2018).</li>
<li>Stanis, N., Khateeb, K., Zhou, J., Wang, R. K., Yazdan-Shahmorad, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Protocol+to+study+ischemic+stroke+by+photothrombotic+lesioning+in+the+cortex+of+nonhuman+primates%5BTitle%5D)+AND+%22STAR+Protocols%22%5BJournal%5D)">Protocol to study ischemic stroke by photothrombotic lesioning in the cortex of nonhuman primates.</a> STAR Protocols. 4 (3), 102496(2023).</li>
<li>Tremblay, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+open+resource+for+nonhuman+primate+optogenetics%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">An open resource for nonhuman primate optogenetics.</a> Neuron. 108 (6), 1075-1090 (2020).</li>
<li>Zhou, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neuroprotective+effects+of+electrical+stimulation+following+ischemic+stroke+in+nonhuman+primates%5BTitle%5D)+AND+%222022+44th+Annual+International+Conference+of+the+IEEE+Engineering+in+Medicine+%26+Biology+Society+%28EMBC%29%22%5BJournal%5D)">Neuroprotective effects of electrical stimulation following ischemic stroke in nonhuman primates.</a> 2022 44th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine & Biology Society (EMBC). 2022, 3085-3088 (2022).</li>
<li>Yao, Z., Yazdan-Shahmorad, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+quantitative+model+for+estimating+the+scale+of+photochemically+induced+ischemic+stroke%5BTitle%5D)+AND+%222018+40th+Annual+International+Conference+of+the+IEEE+Engineering+in+Medicine+and+Biology+Society+%28EMBC%29%22%5BJournal%5D)">A quantitative model for estimating the scale of photochemically induced ischemic stroke.</a> 2018 40th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC). 2018, 2744-2747 (2018).</li>
<li>Yazdan-Shahmorad, A., Silversmith, D. B., Kharazia, V., Sabes, P. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Targeted+cortical+reorganization+using+optogenetics+in+nonhuman+primates%5BTitle%5D)+AND+%22eLife%22%5BJournal%5D)">Targeted cortical reorganization using optogenetics in nonhuman primates.</a> eLife. 7, e31034(2018).</li>
<li>Macknik, S. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Advanced+circuit+and+cellular+imaging+methods+in+nonhuman+primates%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Advanced circuit and cellular imaging methods in nonhuman primates.</a> The Journal of Neuroscience. 39 (42), 8267-8274 (2019).</li>
<li>Griggs, D. J., Belloir, T., Yazdan-Shahmorad, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Large-scale+neural+interfaces+for+optogenetic+actuators+and+sensors+in+non-human+primates%5BTitle%5D)+AND+%22SPIE+BiOS%22%5BJournal%5D)">Large-scale neural interfaces for optogenetic actuators and sensors in non-human primates.</a> SPIE BiOS. , (2021).</li>
<li>Yazdan-Shahmorad, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Large-scale+interface+for+optogenetic+stimulation+and+recording+in+nonhuman+primates%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">A Large-scale interface for optogenetic stimulation and recording in nonhuman primates.</a> Neuron. 89 (5), 927-939 (2016).</li>
<li>Ruiz, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optogenetics+through+windows+on+the+brain+in+the+nonhuman+primate%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Optogenetics through windows on the brain in the nonhuman primate.</a> Journal of Neurophysiology. 110 (6), 1455-1467 (2013).</li>
<li>Griggs, D. J., Khateeb, K., Philips, S., Chan, J. W., Ojemann, W., Yazdan-Shahmorad, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optimized+large-scale+optogenetic+interface+for+nonhuman+primates%5BTitle%5D)+AND+%22SPIE+BiOS%22%5BJournal%5D)">Optimized large-scale optogenetic interface for nonhuman primates.</a> SPIE BiOS. , (2019).</li>
<li>Yazdan-Shahmorad, A., Diaz-Botia, C., Hanson, T., Ledochowitsch, P., Maharabiz, M. M., Sabes, P. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Demonstration+of+a+setup+for+chronic+optogenetic+stimulation+and+recording+across+cortical+areas+in+non-human+primates%5BTitle%5D)+AND+%22SPIE+BiOS%22%5BJournal%5D)">Demonstration of a setup for chronic optogenetic stimulation and recording across cortical areas in non-human primates.</a> SPIE BiOS. , (2015).</li>
<li>Bollimunta, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Head-mounted+microendoscopic+calcium+imaging+in+dorsal+premotor+cortex+of+behaving+rhesus+macaque%5BTitle%5D)+AND+%22Cell+Reports%22%5BJournal%5D)">Head-mounted microendoscopic calcium imaging in dorsal premotor cortex of behaving rhesus macaque.</a> Cell Reports. 35 (11), 109239(2021).</li>
<li>Hacking, S. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+roughness+enhances+the+osseointegration+of+titanium+headposts+in+nonhuman+primates%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience+Methods%22%5BJournal%5D)">Surface roughness enhances the osseointegration of titanium headposts in nonhuman primates.</a> Journal of Neuroscience Methods. 211 (2), 237-244 (2012).</li>
<li>Romero, M. C., Davare, M., Armendariz, M., Janssen, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neural+effects+of+transcranial+magnetic+stimulation+at+the+single-cell+level%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Neural effects of transcranial magnetic stimulation at the single-cell level.</a> Nature Communications. 10 (1), 2642(2019).</li>
<li>Khateeb, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+versatile+toolbox+for+studying+cortical+physiology+in+primates%5BTitle%5D)+AND+%22Cell+Reports+Methods%22%5BJournal%5D)">A versatile toolbox for studying cortical physiology in primates.</a> Cell Reports Methods. 2 (3), 100183(2022).</li>
<li>Griggs, D. J., Khateeb, K., Zhou, J., Liu, T., Wang, R., Yazdan-Shahmorad, A. Multi-modal artificial dura for simultaneous large-scale optical access and large-scale electrophysiology in nonhuman primate cortex. Journal of Neural Engineering. 18 (5), 055006(2021).</li>
<li>Belloir, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Large-scale+multimodal+surface+neural+interfaces+for+primates%5BTitle%5D)+AND+%22iScience%22%5BJournal%5D)">Large-scale multimodal surface neural interfaces for primates.</a> iScience. 26 (1), 105866(2023).</li>
<li>Khateeb, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+practical+method+for+creating+targeted+focal+ischemic+stroke+in+the+cortex+of+nonhuman+primates%5BTitle%5D)+AND+%222019+41st+Annual+International+Conference+of+the+IEEE+Engineering+in+Medicine+and+Biology+Society+%28EMBC%29%22%5BJournal%5D)">A practical method for creating targeted focal ischemic stroke in the cortex of nonhuman primates.</a> 2019 41st Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC). , 3515-3518 (2019).</li>
<li>Griggs, D., Belloir, T., Zhou, J., Yazdan-Shahmorad, A. Convection Enhanced Delivery of Viral Vectors. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aGriggs%2C+D+%22Vectorology+for+Optogenetics+and+Chemogenetics%22">Vectorology for Optogenetics and Chemogenetics</a>. , Humana. New York, NY. (2023).</li>
<li>Khateeb, K., Griggs, D. J., Sabes, P. N., Yazdan-Shahmorad, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Convection+enhanced+delivery+of+optogenetic+adeno-associated+viral+vector+to+the+cortex+of+Rhesus+Macaque+under+guidance+of+online+MRI+images%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Convection enhanced delivery of optogenetic adeno-associated viral vector to the cortex of Rhesus Macaque under guidance of online MRI images.</a> Journal of Visualized Experiments. (147), e59232(2019).</li>
<li>Yazdan-Shahmorad, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Widespread+optogenetic+expression+in+macaque+cortex+obtained+with+MR-guided%2C+convection+enhanced+delivery+%28CED%29+of+AAV+vector+to+the+thalamus%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience+Methods%22%5BJournal%5D)">Widespread optogenetic expression in macaque cortex obtained with MR-guided, convection enhanced delivery (CED) of AAV vector to the thalamus.</a> Journal of Neuroscience Methods. 293, 347-358 (2018).</li>
<li>Griggs, D. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improving+the+efficacy+and+accessibility+of+intracranial+viral+vector+delivery+in+nonhuman+primates%5BTitle%5D)+AND+%22Pharmaceutics%22%5BJournal%5D)">Improving the efficacy and accessibility of intracranial viral vector delivery in nonhuman primates.</a> Pharmaceutics. 14 (7), 1435(2022).</li>
<li>Chen, L. M., Heider, B., Williams, G. V., Healy, F. L., Ramsden, B. M., Roe, A. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+chamber+and+artificial+dura+method+for+long-term+optical+imaging+in+the+monkey%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience+Methods%22%5BJournal%5D)">A chamber and artificial dura method for long-term optical imaging in the monkey.</a> Journal of Neuroscience Methods. 113 (1), 41-49 (2002).</li>
<li>Adams, D. L., Economides, J. R., Jocson, C. M., Horton, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Biocompatible+titanium+headpost+for+stabilizing+behaving+monkeys%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">A Biocompatible titanium headpost for stabilizing behaving monkeys.</a> Journal of Neurophysiology. 98 (2), 993-1001 (2007).</li>
<li>Bloch, J., Greaves-Tunnell, A., Shea-Brown, E., Harchaoui, Z., Shojaie, A., Yazdan-Shahmorad, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Network+structure+mediates+functional+reorganization+induced+by+optogenetic+stimulation+of+nonhuman+primate+sensorimotor+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22iScience%22%5BJournal%5D)">Network structure mediates functional reorganization induced by optogenetic stimulation of nonhuman primate sensorimotor cortex.</a> iScience. 25 (5), 104285(2022).</li>
<li>Bloch, J. A., Khateeb, K., Silversmith, D. B., O'Doherty, J. E., Sabes, P. N., Yazdan-Shahmorad, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cortical+stimulation+induces+network-wide+coherence+change+in+nonhuman+primate+somatosensory+cortex%5BTitle%5D)+AND+%222019+41st+Annual+International+Conference+of+the+IEEE+Engineering+in+Medicine+and+Biology+Society+%28EMBC%29%22%5BJournal%5D)">Cortical stimulation induces network-wide coherence change in nonhuman primate somatosensory cortex.</a> 2019 41st Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC). , 6446-6449 (2019).</li>
<li>Vnek, N., Ramsden, B. M., Hung, C. P., Goldman-Rakic, P. S., Roe, A. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+imaging+of+functional+domains+in+the+cortex+of+the+awake+and+behaving+monkey%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences%22%5BJournal%5D)">Optical imaging of functional domains in the cortex of the awake and behaving monkey.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 96 (7), 4057-4060 (1999).</li>
<li>Psarou, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modular%2C+cement-free%2C+customized+headpost+and+connector-chamber+implants+for+macaques%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience+Methods%22%5BJournal%5D)">Modular, cement-free, customized headpost and connector-chamber implants for macaques.</a> Journal of Neuroscience Methods. 393, 109899(2023).</li>
<li>Chen, X., Possel, J. K., Wacongne, C., van Ham, A. F., Klink, P. C., Roelfsema, P. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+printing+and+modelling+of+customized+implants+and+surgical+guides+for+nonhuman+primates%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience+Methods%22%5BJournal%5D)">3D printing and modelling of customized implants and surgical guides for nonhuman primates.</a> Journal of Neuroscience Methods. 286, 38-55 (2017).</li>
<li>Prescott, M. J., Poirier, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+role+of+MRI+in+applying+the+3Rs+to+nonhuman+primate+neuroscience%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">The role of MRI in applying the 3Rs to nonhuman primate neuroscience.</a> NeuroImage. 225, 117521(2021).</li>
<li>Basso, M. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Using+non-invasive+neuroimaging+to+enhance+the+care%2C+well-being+and+experimental+outcomes+of+laboratory+nonhuman+primates+%28monkeys%29%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Using non-invasive neuroimaging to enhance the care, well-being and experimental outcomes of laboratory nonhuman primates (monkeys).</a> NeuroImage. 228, 117667(2021).</li>
<li>Ahmed, Z., Agha, N., Trunk, A., Berger, M., Gail, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Universal+guide+for+skull+extraction+and+custom-fitting+of+implants+to+continuous+and+discontinuous+skulls%5BTitle%5D)+AND+%22eNeuro%22%5BJournal%5D)">Universal guide for skull extraction and custom-fitting of implants to continuous and discontinuous skulls.</a> eNeuro. 9 (3), (2022).</li>
<li>Blonde, J. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Customizable+cap+implants+for+neurophysiological+experimentation%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience+Methods%22%5BJournal%5D)">Customizable cap implants for neurophysiological experimentation.</a> Journal of Neuroscience Methods. 304, 103-117 (2018).</li>
<li>Ojemann, W. K. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+MRI-based+toolbox+for+neurosurgical+planning+in+nonhuman+primates%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">A MRI-based toolbox for neurosurgical planning in nonhuman primates.</a> Journal of Visualized Experiments. (161), e61098(2020).</li>
<li>Safari, A. H. Make STL of 3D array (Optimal for 3D printing). MathWorks. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/68794-make-stl-of-3d-array-optimal-for-3d-printing">https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/68794-make-stl-of-3d-array-optimal-for-3d-printing</a> (2018).</li>
<li>Lohsen, G. stlwrite - Write binary or ascii STL file. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/36770-stlwrite-write-binary-or-ascii-stl-file">https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/36770-stlwrite-write-binary-or-ascii-stl-file</a> (2023).</li>
<li>Michikawa, T., Suzuki, H., Moriguchi, M., Ogihara, N., Kondo, O., Kobayashi, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automatic+extraction+of+endocranial+surfaces+from+CT+images+of+crania%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Automatic extraction of endocranial surfaces from CT images of crania.</a> PLoS One. 12 (4), 0168516(2017).</li>
<li>Overton, J. A., Cooke, D. F., Goldring, A. B., Lucero, S. A., Weatherford, C., Recanzone, G. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improved+methods+for+acrylic-free+implants+in+nonhuman+primates+for+neuroscience+research%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Improved methods for acrylic-free implants in nonhuman primates for neuroscience research.</a> Journal of Neurophysiology. 118 (6), 3252-3270 (2017).</li>
<li>Ortiz-Rios, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improved+methods+for+MRI-compatible+implants+in+nonhuman+primates%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience+Methods%22%5BJournal%5D)">Improved methods for MRI-compatible implants in nonhuman primates.</a> Journal of Neuroscience Methods. 308, 377-389 (2018).</li>
</ol>

Nada que revelar.

Este artículo describe un método sencillo y preciso de planificación neuroquirúrgica que no solo es beneficioso para el desarrollo de componentes utilizados para el implante de la ventana craneal de NHP, sino que también es transferible a otras áreas de investigación en neurociencia de NHP 13,15,25. En comparación con otros métodos actuales de planificación y diseño de implantes NHP 25,29,30, este procedimiento tiene el potencia...

Los primates no humanos (NHP, por sus siglas en inglés) son modelos invaluables para la investigación médica traslacional porque son evolutiva y conductualmente similares a los humanos. Los NHP han cobrado especial importancia en los estudios preclínicos de ingeniería neuronal porque sus cerebros son modelos muy relevantes de la función y la disfunción neuronal1,2,3,4,5,6,7,8. Algunas técnicas poderosas de estimulación y registro cerebral, como la optogenética, las imágenes de calcio y otras, se sirven mejor con acceso directo al cerebro a través de ventanas craneales9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23. En los NHP, las ventanas craneales a menudo se logran con una cámara y una duramadre artificial para proteger el cerebro y apoyar la experimentación a largo plazo8,10,12,17,18,24,25,26,27. Del mismo modo, los postes de cabeza a menudo acompañan a las cámaras para estabilizar y alinear la cabeza durante los experimentos14,15,25,26,28,29,30. La eficacia de estos componentes depende en gran medida de lo bien que encajen en el cráneo. Un ajuste más cercano al cráneo promueve la integración ósea y la salud craneal al disminuir la probabilidad de infección, osteonecrosis e inestabilidad del implante31. Métodos de diseño convencionales, como doblar manualmente el poste de la cabeza durante la cirugía25,29 y la estimación de la curvatura del cráneo mediante el ajuste de círculos a cortes coronales y sagitales de resonancias magnéticas (RM)9,12 puede introducir complicaciones debido a la imprecisión. Incluso los más precisos crean espacios de 1-2 mm entre el implante y el cráneo, proporcionando espacio para que se acumule el tejido de granulación29. Estos huecos también dificultan la colocación de tornillos en la cirugía9, comprometiendo la estabilidad del implante. Más recientemente, se han desarrollado implantes personalizados para mejorar la osteointegración y la longevidad del implante9,29,30,32. Los costos adicionales han acompañado a los avances en el diseño de implantes personalizados debido a la dependencia de los modelos computacionales. Los métodos más precisos requieren equipos sofisticados, como máquinas de tomografía computarizada (TC), además de máquinas de imágenes por resonancia magnética (IRM)30,32,33 e incluso fresadoras de control numérico computarizado (CNC) para el desarrollo de prototipos de implantes25,29,32,34. Obtener acceso tanto a la resonancia magnética como a la tomografía computarizada, particularmente para su uso con NHP, puede no ser factible para los laboratorios que necesitan implantes personalizados, como cámaras craneales y postes de cabeza.
Como resultado, existe una necesidad en la comunidad de técnicas económicas, precisas y no invasivas de planificación neuroquirúrgica y experimental que faciliten el diseño y la validación de los implantes antes de su uso. Este artículo describe un método para generar representaciones virtuales en 3D del cerebro y el cráneo a partir de datos de RM para la planificación de la ubicación de la craneotomía y el diseño de cámaras craneales personalizadas y postes de cabeza que se ajusten al cráneo. Este procedimiento simplificado proporciona un diseño estandarizado que puede beneficiar los resultados experimentales y el bienestar de los animales de investigación. Solo se requiere una resonancia magnética para este modelado, ya que tanto el hueso como el tejido blando se representan en la resonancia magnética. En lugar de utilizar una fresadora CNC, los modelos se pueden imprimir en 3D de forma económica, incluso cuando se requieren varias iteraciones. Esto también permite que el diseño final se imprima en 3D en metales biocompatibles como el titanio para su implantación. Además, describimos la fabricación de una duramadre artificial, que se coloca dentro de la cámara craneal en el momento de la implantación. Estos componentes se pueden validar prequirúrgicamente colocando todas las piezas en un modelo impreso en 3D de tamaño real del cráneo y el cerebro.

<table><tbody><tr><td>Software de impresión 3D (Simplify 3D) (de pago)</td><td>Simplify3D</td><td>versión 4.1</td><td>Se utiliza para la impresión 3D con la impresora MakerGear</td></tr><tr><td>C-Clamp</td><td>Bessey</td><td>CM22</td><td>Se utiliza para la fabricación de duramadre artificial, capacidad de 2-1/2 pulgadas, garganta de 1-3/8 pulgadas</td></tr><tr><td>Impresora 3D Form 3+ Formlabs</td><td></td><td>Form 3+</td> Se <td>utiliza para la impresión 3D precisa</td></tr><tr><td>MakerGear M2 Impresora 3D</td><td>MakerGear</td><td>M2 revG</td><td>Se utiliza para la impresión 3D de prototipos de implantes</td></tr><tr><td>MATLAB (de pago)</td><td>MathWorks</td><td>R2021b</td><td>Se utiliza para el aislamiento del cerebro y el cráneo, la visualización virtual de craneotomías y la reducción del cráneo STL</td></tr><tr><td>Sistema de resonancia magnética Phillips Acheiva</td><td>Philips</td><td>4522 991 19391</td><td>Se utiliza para la obtención de imágenes de primates no humanos</td></tr><tr><td>Resina de fotopolímero</td><td>Formlabs</td><td>FLGPGR04</td><td>1L, gris, se utiliza para impresiones 3D precisas con la impresora Formlabs&nbsp;</td></tr><tr><td>Software de preparación de impresión PreForm</td><td>Formlabs</td><td>versión 2.17.0</td><td>Se utiliza para la impresión 3D con la impresora de Formlabs&nbsp;</td></tr><tr><td>Filamento de impresión (PLA)</td><td>MatterHackers</td><td>88331</td><td>PLA 1.75 mm Blanco. Se utiliza para la impresión 3D con la impresora MakerGear</td></tr><tr><td>Silicona CAT-1300</td><td>Shin-Etsu</td><td></td><td>Se utiliza para la fabricación de duraduras artificiales</td></tr><tr><td>Silicona KE1300-T</td><td>Shin-Etsu</td><td></td><td>Se utiliza para la fabricación de duraduras artificiales</td></tr><tr><td>SolidWorks (de pago)</td><td>Dassault Systems</td><td>2020</td><td>Se utiliza para el diseño de cámaras y postes de cabecera</td></tr><tr><td>Syn.Flex-S Multicoil</td><td>Philips</td><td></td><td>45221318123 Se utiliza para personas no humanas Imágenes de primates</td></tr></tbody></table>

una caja de herramientas de diseño de implantes neurales para primates no humanos

A Neural Implant Design Toolbox for Nonhuman Primates

Este artículo describe un método interno de modelado 3D del cerebro y el cráneo a partir de imágenes de resonancia magnética (IRM) adaptadas para la planificación neuroquirúrgica de primates no humanos (NHP). Esta técnica automatizada basada en software computacional proporciona una forma eficiente de extraer características del cerebro y el cráneo de los archivos de resonancia magnética, a diferencia de las técnicas tradicionales de extracción manual que utilizan software de imágenes. Además, el procedimiento proporciona un método para visualizar el cerebro y el cráneo craneotomizado juntos para una planificación quirúrgica virtual e intuitiva. Esto genera una reducción drástica de tiempo y recursos con respecto a los requeridos por trabajos anteriores, que se basaban en la impresión 3D iterativa. El proceso de modelado del cráneo crea una huella que se exporta al software de modelado para diseñar cámaras craneales y postes de cabeza a medida para la implantación quirúrgica. Los implantes quirúrgicos hechos a medida minimizan los espacios entre el implante y el cráneo que podrían introducir complicaciones, como infecciones o disminución de la estabilidad. Al implementar estos pasos prequirúrgicos, se reducen las complicaciones quirúrgicas y experimentales. Estas técnicas pueden adaptarse a otros procesos quirúrgicos, lo que facilita una planificación experimental más eficiente y eficaz para los investigadores y, potencialmente, para los neurocirujanos.

Estos componentes se validaron previamente mediante una combinación de visualizaciones de resonancia magnética y modelos anatómicos impresos en 3D. Al comparar la visualización automatizada de la craneotomía con la craneotomía impresa en 3D y la resonancia magnética en la ubicación de la craneotomía, es evidente que la representación virtual de la craneotomía refleja con precisión la región del cerebro a la que se puede acceder con la ubicación de craneotomía especificada (<strong class="...

Este artículo describe los procesos automatizados para la planificación neuroquirúrgica de primates no humanos basados en imágenes de resonancia magnética (IRM). Estas técnicas utilizan pasos de procedimiento en plataformas de programación y diseño para respaldar el diseño de implantes personalizados para NHP. La validez de cada componente se puede confirmar utilizando modelos anatómicos tridimensionales (3D) impresos a tamaño real.

Una caja de herramientas de diseño de implantes neurales para primates no humanos

This paper describes an in-house method of 3D brain and skull modeling from magnetic resonance imaging (MRI) tailored for nonhuman primate (NHP) ...

Nuestra investigación ofrece un método eficiente y automatizado para el modelado del cerebro y el cráneo, que es beneficioso para la planificación neuroquirúrgica y el diseño de implantes personalizados. Facilita la extracción simultánea de modelos de cerebro y cráneo utilizando una única plataforma de software, lo que elimina la necesidad de procesos de imagen adicionales, como tomografías conmutadas. En los últimos años, el modelado virtual del cerebro y el cráneo para imágenes médicas, como la resonancia magnética o la tomografía computarizada, se ha adoptado cada vez más para la planificación neuroquirúrgica de NHP.Estos modelos, utilizados junto con el software de diseño 3D y la impresión 3D, permiten la creación de implantes personalizados adaptados a experimentos y animales específicos. Muchos experimentos de neurociencia con primates no humanos requieren el uso de cámaras craneales crónicas y postes en la cabeza. El uso de implantes genéricos introduce huecos entre el implante y el cráneo, lo que puede dar lugar a mayores tasas de infección, osteonecrosis e inestabilidad del implante, comprometiendo así los experimentos y el bienestar del animal.Nuestros implantes personali

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Research

Investigación

JoVE Journal

Bioengineering

Bioingeniería

Este trabajo presenta un protocolo para realizar una implantación estereoquirúrgica y neuroquirúrgica de matrices de microelectrodos en el marmoset común. Este método permite específicamente grabaciones electrofisiológicas en animales que se comportan libremente, pero se puede adaptar fácilmente a cualquier otra intervención neuroquirúrgica similar en esta especie (por ejemplo, cánula para administración de fármacos o electrodos para estimulación cerebral).

Cirugía estereotaxia para la implantación de matrices de microelectrodos en el Marmoset común (Jacchus Callithrix)

El método descrito a continuación tiene como objetivo proporcionar un protocolo completo para la preparación de neurocirugía de primates no humanos (NHP) utilizando una novedosa combinación de métodos de impresión tridimensionales (3D) y extracción de datos por resonancia magnética.

Una caja de herramientas basada en RMN para la planificación neuroquirúrgica en primates no humanos

Aquí, presentamos un implante único imprimible en 3D para ratas, llamado TD Drive, capaz de registros simétricos de electrodos de alambre bilaterales, actualmente en hasta diez áreas cerebrales distribuidas simultáneamente.

El TD Drive: un implante paramétrico de código abierto para registros electrofisiológicos multiárea en ratas que se comportan y duermen

Aquí, presentamos un sistema de implante de sonda liviano y rentable para electrofisiología crónica en roedores optimizado para la facilidad de uso, la recuperación de la sonda, la versatilidad experimental y la compatibilidad con el comportamiento.

El implante DREAM: un sistema de implantes ligero, modular y rentable para la electrofisiología crónica en ratones de cabeza fija y de comportamiento libre

Este protocolo presenta una caja de comportamiento basada en un microcontrolador para evaluar la inhibición de prepulso (PPI) mediante la recopilación de datos de aceleración de un sensor debajo de la caja. Estos datos evalúan los déficits de activación sensorial en ratas socialmente aisladas, con un método adicional para sincronizar los datos con la actividad neuronal para avanzar en los estudios de neurofisiología sobre los trastornos del comportamiento.

Desarrollo de una caja conductual para evaluar la inhibición previa al pulso y la actividad neuronal en modelos animales psiquiátricos

La adaptación y el uso de un robot háptico en una fMRI 3T se describe.

Adaptación de un Robot Haptic en un fMRI 3T

Hemos diseñado un nuevo biorreactor de carga mecánica que se puede aplicar tensión mecánica uniaxial o biaxial a un biocompuesto cartílago antes del trasplante en un defecto de cartílago articular.

Diseño de un Carga mecánica Biaxial biorreactor para Ingeniería de Tejidos

La descelularización de todo el órgano produce andamios biológicos naturales que pueden ser utilizados para la medicina regenerativa. Se presenta la descripción de un modelo de regeneración pulmonar en primates no humanos en el que se descelularizan pulmones completos y luego se siembran con células madre adultas y células endoteliales en un biorreactor que facilita la circulación vascular y la ventilación de medios líquidos.

Descelularización y recelularización pulmonar de primates no humanos mediante un biorreactor especializado de órganos grandes

La medición in vivo de las contracciones del músculo liso a lo largo del tracto gastrointestinal de animales de laboratorio sigue siendo una técnica poderosa, aunque infrautilizada. Las galgas extensométricas flexibles de doble elemento no están disponibles comercialmente y requieren fabricación. Este protocolo describe la construcción de galgas extensiométricas fiables y económicas para la implantación aguda o crónica en roedores.

Fabricación e Implantación de miniatura Galgas Extensiométricas Dual-elemento de medición<em&gt; En Vivo</em&gt; Gastrointestinal contracciones en los roedores.

Se describe un protocolo para el diseño bioinspirado para un dispositivo de muestreo basado en las mandíbulas de un erizo de mar. El proceso de bioinspiración incluye la observación de los erizos de mar, la caracterización de la boquilla, la impresión 3D de los dientes y su ensamblaje, y la bioexploración de la estructura dental.

Un protocolo para la Bioinspirada Diseño: Planta Sampler Sobre la base de erizo de mar Tiburón

Aprenda un método automatizado de planificación neuroquirúrgica en primates no humanos mediante resonancia magnética. Este enfoque permite extraer simultáneamente modelos de cerebro y cráneo para diseñar implantes personalizados que mejoran el bienestar animal y los resultados experimentales.

Una caja de herramientas de diseño de implantes neurales para primates no humanos

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