Un sistema de medición de electromiografía portátil en tiempo real para animales pequeños
15 de noviembre de 2024
Se presenta un protocolo para la instalación y preparación de electrodos intramusculares, junto con un dispositivo de medición miniaturizado montable en animales para el análisis de electromiografía (EMG) en estudios de locomoción. Este sistema permite la transmisión inalámbrica de datos EMG en tiempo real para investigar la recuperación de la locomoción en ratas modelo de accidente cerebrovascular.
Este método busca medir EMG en animales pequeños sin la necesidad de una conexión atada a un equipo de medición. El amarre puede restringir el movimiento del animal y provocar ciertas desventajas. Comenzamos con la pregunta de si podíamos abordar estas limitaciones.
Actualmente estamos desarrollando y probando un dispositivo de estimulación eléctrica para el tratamiento de músculos y nervios. A diferencia de los métodos tradicionales que utilizan la estimulación de bucle abierto para la recuperación, nuestro enfoque incorpora retroalimentación de circuito cerrado para monitorear el efecto en tiempo real. Esta integración tiene como objetivo mejorar los resultados terapéuticos.
Nuestro objetivo es miniaturizar el dispositivo para que pueda utilizarse en animales vivos sin restringir su movimiento. Si bien algunos equipos de ingeniería experimentados pueden realizar pruebas similares de manera casual, es un desafío para los equipos con una formación puramente científica lograr esto. Nuestro estudio tiene como objetivo específico utilizar un sistema portátil inalámbrico, y diseñamos el dispositivo con ese objetivo en mente.
Una de las principales ventajas es que hemos miniaturizado los conectores y el propio dispositivo. Este diseño ayuda a reducir la carga durante los experimentos de medición, especialmente cuando se trabaja con sujetos animales. Nuestro laboratorio tiene como objetivo avanzar en la investigación sobre tratamientos para animales pequeños mediante el desarrollo de un sistema de medición de bioseñales con monitoreo de retroalimentación de circuito cerrado.
Este sistema nos permite conseguir resultados terapéuticos más precisos y adaptativos, mejorando la eficacia de los tratamientos. Para comenzar, corte un alambre de acero inoxidable recubierto de politetrafluoroetileno en una longitud de 140 milímetros y 60 milímetros. Haz tres nudos simples en un alambre de 140 milímetros de largo, colocándolos a 40 y 100 milímetros en relación con el nudo.
Deje un espacio de dos milímetros desde el nudo en el lado corto de los cables de 140 milímetros. A continuación, utilice un soldador para quitar parcialmente dos milímetros de aislamiento. En el lado largo, quite completamente dos milímetros de aislamiento desde el extremo.
Para el cable de 60 milímetros, retire dos milímetros de aislamiento de un extremo y 10 milímetros del otro extremo. Después de quitar completamente el aislamiento, fije el cable soldándolo al accesorio del conector. Ensamble la parte metálica conectada al cable en la carcasa de plástico.
Fije el conector a una guía de plástico impresa en 3D con orificios para asegurarlo a la piel del animal. Aplique cianoacrilato biocompatible para evitar que la pieza soldada entre en contacto con el sitio de la incisión. Corta una placa de níquel de 0,2 milímetros de grosor y dóblala alrededor del conector para protegerla, evitando posibles daños por parte del animal.
Para comenzar, con una tijera quirúrgica, haga una incisión de 5 a 10 milímetros alrededor de la región lumbar de la rata anestesiada donde se conectará el conector. Luego, haga una incisión de aproximadamente 10 a 15 milímetros en la piel sobre el músculo objetivo y retire la fascia debajo de la piel para exponer el músculo. Use un trócar estéril para crear un pasaje para que el alambre pase desde la incisión lumbar hasta la posición del músculo objetivo.
Después de preparar el conjunto de electrodo de alambre y conector, use el trócar para pellizcar los electrodos de alambre en la incisión lumbar y tire de ellos con cuidado hasta la incisión muscular objetivo. Use una aguja de sutura para insertar el alambre del electrodo en el músculo objetivo. Guíe el alambre que ha pasado a través del músculo de regreso a su punto de inserción.
Asegúralo con un nudo simple y corta el alambre restante. Después de asegurar el electrodo de alambre en el músculo objetivo, suturar el sitio de la incisión con un hilo de sutura 4/0. Sutura la incisión debajo del conector, asegurándote de que todo el alambre se inserte en el cuerpo y se suture de forma segura.
Finalmente, asegure el conector a la piel dorsal de la rata con hilo de sutura.
Descripción general
Este artículo presenta un protocolo para la instalación y preparación de electrodos intramusculares y un dispositivo de medición miniaturizado para el análisis de electromiografía (EMG). El sistema permite la transmisión inalámbrica de datos EMG en tiempo real, facilitando el estudio de la recuperación de la locomoción en ratas modelo de accidente cerebrovascular.
Componentes Clave del Estudio
Área de la ciencia
- Electrofisiología
- Estudios de locomoción
- Neurociencia
Antecedentes
- Los métodos tradicionales de EMG a menudo requieren conexiones sujetas por cable.
- La sujeción por cable puede limitar el movimiento del animal y afectar los resultados del estudio.
- Este estudio tiene como objetivo superar estas limitaciones.
- Se encuentra en desarrollo un sistema de retroalimentación de bucle cerrado para monitoreo en tiempo real.
Objetivo del estudio
- Medir la EMG en animales pequeños sin restricción.
- Mejorar los resultados terapéuticos mediante retroalimentación en tiempo real.
- Investigar la recuperación de la locomoción en ratas modelo de accidente cerebrovascular.
Métodos Utilizados
- Instalación de electrodos intramusculares.
- Preparación de un dispositivo de medición miniaturizado.
- Transmisión inalámbrica de datos de EMG.
- Monitoreo en tiempo real de la recuperación de la locomoción.
Resultados principales
- Instalación exitosa de electrodos intramusculares.
- Transmisión inalámbrica efectiva de datos de EMG.
- La monitorización en tiempo real demostró viabilidad.
- Potencial para mejorar el análisis de recuperación de la locomoción.
Conclusiones
- El sistema desarrollado aborda las limitaciones de los métodos tradicionales.
- La medición inalámbrica de EMG puede mejorar el movimiento animal.
- La retroalimentación en tiempo real podría mejorar las estrategias terapéuticas.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
La medición inalámbrica y en tiempo real de la EMG en modelos de animales pequeños aborda un cuello de botella crítico en la investigación preclínica neuromuscular al permitir estudios conductuales sin restricciones y una captura de datos más fisiológicamente relevante. Esta capacidad mejora la confianza predictiva en los modelos traslacionales y apoya la reducción de riesgos mecanicistas para la validación de dianas neuromusculares. La miniaturización del sistema y su integración con retroalimentación de bucle cerrado lo posicionan como una plataforma reutilizable para el descubrimiento temprano y el avance en la etapa preclínica.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biotecnología Farmacéutica
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Permite la interrogación funcional de las vías neuromusculares en modelos animales de movimiento libre.
- Apoya la reducción de riesgos mecanicistas al proporcionar datos de EMG en tiempo real y fisiológicamente relevantes.
- Facilita la validación de objetivos mediante retroalimentación adaptativa y monitoreo preciso de las respuestas musculares y nerviosas.
Desarrollo de Pruebas y Tamizaje
- Prepara modelos animales validados para cribados de compuestos y estudios de eficacia posteriores.
- Normaliza la adquisición de señales de EMG para obtener resultados cuantitativos reproducibles entre experimentos.
- Posibilita plataformas de ensayo escalables y sin cables para cribados preclínicos de alto rendimiento.
Investigación Traductacional y Preclínica
- Alinea modelos preclínicos con puntos finales locomotores relevantes para la enfermedad, para el desarrollo de biomarcadores traslacionales.
- Mantiene la continuidad desde el descubrimiento inicial hasta la validación preclínica mediante pruebas terapéuticas adaptativas.
- Reduce el riesgo traslacional al capturar resultados funcionales en tiempo real en sistemas animales relevantes.
Integración de la Canalización y Flujo de Trabajo
Este sistema inalámbrico de EMG se integra en la continuidad desde el descubrimiento hasta la etapa preclínica, apoyando la comprobación de hipótesis, la identificación de compuestos activos y la investigación traslacional en líneas de investigación neuromuscular y de rehabilitación.
- Biología del Descubrimiento: Proporciona datos de EMG de alta fidelidad para la aclaración de vías y la comprobación de hipótesis in vivo.
- Selección: Ofrece resultados cuantitativos y reproducibles de EMG adecuados para la evaluación de la eficacia de compuestos.
- Análisis: Permite el monitoreo en tiempo real de las señales y la comparación estadística de las respuestas locomotoras.
- Investigación Traducional: Conecta el descubrimiento inicial y la validación preclínica mediante puntos finales funcionales relevantes para la enfermedad.
- Reutilización Empresarial: Ofrece una plataforma modular e inalámbrica adaptable a diversos programas de investigación neuromuscular.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Aumenta la confianza predictiva y reduce la ambigüedad mecanicista en los estudios neuromusculares.
- Valor operativo: Mejora la estandarización, la reproducibilidad y la escalabilidad de la recopilación de datos de EMG.
- Valor estratégico: Mejora la toma de decisiones de avance o detención (go/no-go) y la eficiencia del capital al permitir la generación de datos preclínicos robustos.
- Impacto en la cartera: Apoya la priorización ajustada al riesgo y el avance de activos neuromusculares y de rehabilitación.
Consideraciones de Implementación
- Requiere experiencia en la implantación quirúrgica de electrodos y en el manejo de dispositivos inalámbricos.
- Necesita acceso a infraestructura para la adquisición y análisis de datos en tiempo real.
- Exige estandarización entre equipos en cuanto a la colocación de electrodos y los protocolos de procesamiento de señales.
- La adaptación entre diferentes modelos animales podría requerir ajustes en la miniaturización de conectores y dispositivos.
- Las limitaciones potenciales incluyen la durabilidad del dispositivo y la tolerancia del animal, según lo indicado en la fuente.
