La construcción y la implantación de un Sistema de microinfusión para la entrega sostenida de agentes neuroactivos.
17 de marzo de 2008
Como la investigación neurociencia se vuelve más sofisticada, la investigación de las estructuras del cerebro y los circuitos requiere mejorar los niveles de precisión y alta resolución. Hemos desarrollado un método para la preparación e implantación de un sistema de infusión crónica en el cerebro utiliza una micro cánula de borosilicato con un diámetro de la punta de 50 micras.
Hola, mi nombre es Miles Cunningham. Junto con Ryan O'Connor y Sydney Wong, demostraremos la construcción de un sistema de micro infusión para la administración continua de agentes neuroactivos. Este trabajo se realizó en el laboratorio de reconstrucción neurológica del Hospital McLean de la Facultad de Medicina de Harvard.
Nos gustaría agradecer a la Fundación rbe de Sydney y a Narsad por su generoso apoyo. Hemos descubierto que los agentes neuroactivos pueden administrarse de manera confiable a sitios cerebrales discretos a través de una microcánula de vidrio de silicato de Bo extraída con un diámetro de punta de cinco a 10 veces más pequeño que el de las cánulas de administración convencionales. En esta diapositiva, mostramos una cánula de infusión de acero inoxidable de uso común junto a una microcánula que hemos fabricado aquí en este laboratorio.
Esta reducción en el tamaño de la cánula de parto se traduce en una reducción drástica del trauma en la región del cerebro que se está estudiando. Muchos métodos convencionales en efecto, producen una lesión de o dentro del área de interés, lo que hace que la validez de cualquier resultado sea cuestionable. Puede ver aquí en el panel A la cantidad de interrupción en el área local causada por una cánula de 0,32 milímetros en comparación con una cánula de 50 micras en el panel B. Estas fotos de baja potencia son de montajes húmedos de secciones de Vibram sin teñir.
Estas mismas secciones se tiñeron con h y e y se fotografiaron a mayor potencia. Para ilustrar aún más la reducción del daño tisular con la microcánula, los componentes del sistema de microinfusión son una bomba zet mini Osmo con su modulador de flujo de acero inoxidable en la que se ha eliminado la brida. De dos a tres centímetros de tubo de polietileno, una microcánula de silicato BOA hecha a medida y un alambre guía de calibre 28, y este es el sistema de microinfusión ensamblado listo para la implantación.
Aquí se utiliza una pipeta vertical estándar polar para crear microcánulas con las especificaciones deseadas. Los polares horizontales también son adecuados. El tubo de silicato Bora se coloca y asegura variando la temperatura del elemento calefactor y la tensión del polo.
Puede reproducir de forma fiable microcánulas con diámetros específicos y eslabones de vástago largos y cónicos. El tubo de sílice Bora se calienta y se aplica una presión suave para reducir la cantidad deseada de curvatura del tubo. Esta curva se realiza a una distancia de la punta de la microcánula que es apropiada para la profundidad del objetivo cerebral de interés y permite un espacio libre por encima del cráneo.
La longitud final de este tubo distal de micro cánula, la curva es de aproximadamente nueve a 10 milímetros. Al parecer, no estaba satisfecho con su resultado. Ryan vuelve a insertar la micro cánula para hacer un ajuste fino perfeccionando el ángulo de curvatura allí.
Eso es mucho mejor usando un lápiz de diamante. Sydney demuestra un método para cortar el tubo de silicato bórico aproximadamente cinco milímetros proximal a la curva, sosteniendo el tubo firmemente sobre una superficie dura con la porción distal de la microcánula libre para colgar sobre el borde. Ella marca el tubo circunferencialmente.
Luego, aplicando una presión suave, encaja el tubo limpiamente en la interfaz marcada. La punta fina y transparente de la cánula se puede colorear con tinta permanente para ayudar en la visualización. Durante la cirugía con aumento, la punta de la microcánula se corta con unas tijeras de microdisección hasta el diámetro deseado.
El diámetro de la punta se puede confirmar con un ocular o un microscopio. Los alambres de alineación radical se preparan a partir de alambre de acero inoxidable de calibre 28 que se corta en longitudes de aproximadamente tres centímetros. A continuación, se utilizan pinzas para crear un pequeño gancho en el extremo de cada alambre de unos dos milímetros de diámetro.
Los cables de alineación se colocan en una placa de Petri junto con tubos de polietileno de dos a tres centímetros de longitud en las microcánulas. El sistema de microinfusión se puede construir con instrumentos comunes a la mayoría de los laboratorios. Las micropinzas, las pinzas convencionales, las tijeras quirúrgicas y los hemostáticos se colocan en un paño quirúrgico para su esterilización.
Los instrumentos, los componentes del sistema de microinfusión, así como varias láminas de papel de aluminio, se esterilizan mediante un autoclave estándar. El modulador de flujo se retira cuidadosamente de su embalaje y se coloca en una placa de Petri estéril. Se sujeta de forma segura con hemostáticos y la brida de plástico se retira del tubo modulador de acero inoxidable con unas tijeras.
La mini bomba osmótica también se retira de su embalaje y se coloca en la placa de Petri estéril. El tubo de acero inoxidable se inserta en el tubo de polietileno entre dos y tres milímetros, y los dos se sellan con epoxi activado por luz. Usamos Lummi bond de mi laboratorio neural para trabajos delicados, llenamos una jeringa de un CC con Lummi bond y usamos una aguja de calibre 27 mientras el aplicador bajo luz brillante Lumon cura en solo unos segundos.
La mini bomba osmótica se llena manteniéndola en posición vertical, inyectándola cuidadosamente con la aguja de llenado proporcionada por el fabricante. Recomendamos observar el volumen de fluido que se inyecta en la bomba y/o pesar la bomba antes y después del llenado para asegurarse de que la bomba esté completamente llena y no esté defectuosa. Tenga en cuenta que no recomendamos reutilizar las bombas.
A continuación, el modulador completo con su tubo de polietileno adjunto se inserta dentro de la mini bomba osmótica. El fluido dentro de la bomba será forzado hacia el tubo de polietileno a medida que se inserta el modulador de espuma. Se observa la distancia inicial de la tubería de polietileno llena con el fluido y se debe observar que aumenta después de que la bomba se haya activado con incubación y solución salina estéril a 39 grados centígrados después de 12 horas de incubación.
La mini bomba osmótica activada se sumerge en solución salina estéril, lo que proporciona un entorno libre de aire para los pasos finales en la construcción del sistema de microinfusión. Se utiliza una jeringa equipada con un tubo de plástico de pequeño calibre y llena con la misma solución contenida por la bomba para desplazar el aire de la parte no llena del tubo de polietileno. Tenga en cuenta que el aire dentro de la microcánula debe desplazarse.
Del mismo modo, el extremo distal del tubo de polietileno puede requerir cierta dilatación con micropinzas y luego se inserta el extremo proximal de la microcánula. Todo el sistema ahora está libre de aire o espacio muerto y se puede quitar del baño de solución salina y comprar un seco con causa estéril. A continuación, se aplica la unión Luma para asegurar la microcánula al tubo de polietileno Para disminuir el caudal de la mini bomba osmótica Aproximadamente a la mitad, se vierte parafina caliente estéril en una pequeña placa de Petri y la mitad proximal de la mini bomba osmótica se sumerge brevemente.
El exceso de parafina se seca y el sistema de microinfusión se vuelve a colocar en solución salina estéril y se almacena hasta la cirugía. Justo antes de la implantación quirúrgica. El alambre guía está unido a la curva en la micro cánula.
El eje longitudinal de la guía está alineado con la parte de la microcánula que entrará en el tejido cerebral y se fija con luón. En esa posición. A continuación, el sistema de microinfusión puede colocarse en un manipulador de instrumentos estereotáxicos.
El alambre guía está asegurado con una abrazadera de brazo manipulador y la bomba está atada desde arriba con un lazo de sutura estéril. Esto soportará su peso y permitirá que la microcánula quede perfectamente alineada perpendicularmente a la superficie del cráneo doblando cuidadosamente el alambre guía con pinzas, el sistema de microinfusión se puede implantar utilizando el procedimiento estereotáxico estándar. El tubo de boel se asegura a la superficie del cráneo con adhesivo.
Utilizamos den mat Jaron para esculpir un pedestal de perfil bajo. A continuación, el exceso de alambre guía que se extiende por encima de la preparación se corta al ras de la superficie del pedestal. Utilizando una rueda de corte acoplada a un taladro de alta velocidad, la mini bomba osmótica puede colocarse por vía subcutánea entre el escapo animal.
El método actual ofrece una serie de ventajas sobre las técnicas tradicionales. Se puede construir a medida para adaptarse a la especie y la edad del animal de experimentación. El tubo de sílice se puede moldear para que se adapte a la superficie del cráneo del animal.
Por lo tanto, al permitir una fijación segura de bajo perfil y evitar la necesidad de un gran pedestal craneal, la herida quirúrgica se puede cerrar fácilmente sobre el pedestal de microinfusión aerodinámico, reduciendo así el riesgo de infección y molestias para el animal, y la fijación del sistema al cráneo requiere menos área de superficie. Por lo tanto, se pueden realizar procedimientos adicionales o posteriores sin la interferencia de un pedestal más grande. Sin embargo, lo más importante es que este método reduce la invasividad y el trauma en el entorno local del sitio de infusión, minimizando así el efecto observador.
Es decir, los cambios que la observación activa hará sobre el fenómeno que se está observando.
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Descripción general
Este artículo presenta un método para la preparación y la implantación de un sistema de infusión crónica dentro del cerebro. Mediante el uso de una microcánula de borosilicato con un diámetro de punta de 50 micrones, esta técnica permite una mayor precisión en la administración de agentes neuroactivos.
Componentes Clave del Estudio
Área de la ciencia
- Neurociencia
- Neuroingeniería
- Neurofarmacología
Antecedentes
- Los avances en neurociencia requieren métodos precisos para la investigación de la estructura cerebral.
- Los sistemas tradicionales de administración pueden carecer de la resolución necesaria.
- Los sistemas de microinfusión pueden mejorar la administración de agentes neuroactivos.
- Investigación realizada en el Hospital McLean, Escuela Médica de Harvard.
Objetivo del estudio
- Demostrar la construcción de un sistema de microinfusión.
- Permitir la administración continua de agentes neuroactivos a sitios cerebrales específicos.
- Mejorar la precisión en la administración de agentes neuroactivos.
Métodos Utilizados
- Elaboración de una microcánula de vidrio de borosilicato.
- Comparación de la microcánula con cánulas de infusión convencionales de acero inoxidable.
- Técnicas de implantación crónica para administración sostenida.
- Apoio de la Fundación Sydney rbe y de Narsad.
Resultados principales
- Las microcánulas tienen un diámetro de punta 5 a 10 veces más pequeño que las cánulas convencionales.
- Se demostró la administración confiable de agentes neuroactivos en sitios cerebrales discretos.
- Precisión mejorada en la administración de agentes neuroactivos.
- Potencial para mejorar los resultados en la investigación en neurociencia.
Conclusiones
- El sistema de microinfusión desarrollado representa un avance significativo en las metodologías de neurociencia.
- Los sistemas de administración mejorados pueden facilitar resultados de investigación más precisos.
- Las aplicaciones futuras podrían ampliar el uso de los sistemas de microinfusión en diversos estudios de neurociencia.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
La administración precisa de agentes neuroactivos a sitios cerebrales discretos es fundamental para la validación de dianas y la reducción de riesgos mecanicistas en el descubrimiento de fármacos en neurociencia. Este sistema de microinfusión reduce la invasividad y el trauma tisular, mejorando la fiabilidad de los datos y la confianza en la traslación en modelos preclínicos. El diseño personalizable y de bajo perfil permite un uso escalable entre especies y diseños de estudio, mejorando la eficiencia en la triage del portafolio.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biotecnología Farmacéutica
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Valor científico: Permite la evaluación de hipótesis terapéuticas con un efecto mínimo del observador debido al trauma quirúrgico.
- Valor operativo: Facilita la administración reproducible de compuestos para validar la interacción con el blanco in vivo.
Desarrollo de Pruebas y Cribado
- Valor científico: Proporciona una plataforma estandarizada para la administración sostenida de agentes en estudios de respuesta a la dosis.
- Valor operativo: Facilita la disponibilidad del ensayo mediante la fabricación e implantación consistentes de microcánulas.
Investigación Traductiva y Preclínica
- Valor científico: Se alinea con sistemas relevantes para la enfermedad al permitir la administración crónica en modelos anatómicamente precisos.
- Valor operativo: Reduce la variabilidad provocada por la inflamación y los factores de confusión de las lesiones, mejorando la predictibilidad preclínica.
Integración de la tubería y flujo de trabajo
El método se integra en la biología del descubrimiento mediante la prueba de hipótesis, el cribado mediante administración cuantitativa y la investigación traslacional al favorecer la continuidad preclínica con un ruido biológico reducido.
- Biología del Descubrimiento: Permite una validación precisa del objetivo al minimizar lesiones confusas en regiones cerebrales de interés.
- Selección: Administra agentes con alta reproducibilidad, lo que respalda resultados confiables en la selección de compuestos.
- Análisis: Genera exposición cuantificable a agentes neuroactivos, facilitando el análisis comparativo entre condiciones.
- Investigación Traducional: Favorece la continuidad hacia la validación preclínica al reducir factores quirúrgicos confusos que oscurecen las señales de biomarcadores.
- Reutilización Empresarial: Representa una capacidad reutilizable para infusión crónica en múltiples proyectos de neurofarmacología.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Confianza predictiva mediante la reducción de la ambigüedad mecanicista derivada del trauma quirúrgico.
- Valor operativo: Normalización y escalabilidad mediante la fabricación personalizable de microcánulas.
- Valor estratégico: Mejora en las decisiones de avance o interrupción mediante el aumento de la validez de los datos en estudios de validación de objetivos.
- Impacto en la cartera: Priorización ajustada al riesgo mediante ratios mejorados de señal-ruido en fases preclínicas.
Consideraciones de Implementación
- Requiere experiencia en el estirado de micropipetas de vidrio y en el moldeado basado en calor.
- Necesita acceso a microhorno, instrumentos estereotáxicos y técnica aséptica.
- Exige estandarización entre equipos para las dimensiones de las cánulas y los protocolos de implantación.
- Implica consideraciones de adaptación para diferentes contornos del cráneo y profundidades objetivo entre especies.
- Limitado por los pasos de fabricación manual que pueden afectar el rendimiento sin entrenamiento guiado por video.
