L’interface nerveuse périphérique régénérative de la coiffe musculaire pour l’amplification de signaux nerveux périphériques intacts

Summary

Ce manuscrit fournit une méthode novatrice pour développer une interface biologique des nerfs périphériques appelée Muscle Cuff Regenerative Peripheral Nerve Interface (MC-RPNI). Cette construction chirurgicale peut amplifier les signaux efférents moteurs de son nerf périphérique associé pour faciliter la détection précise de l’intention motrice et le contrôle potentiel des dispositifs exosquelette.

Abstract

Les exosquelettes robotiques ont récemment été acclamés dans le domaine de la médecine de réadaptation en tant que modalité prometteuse pour la restauration fonctionnelle des personnes présentant une faiblesse des extrémités. Cependant, leur utilisation reste largement confinée aux institutions de recherche, fonctionnant souvent comme un moyen de soutien statique des extrémités car les méthodes de détection motrice restent peu fiables. Les interfaces nerveuses périphériques sont apparues comme une solution potentielle à cette lacune; Cependant, en raison de leurs faibles amplitudes intrinsèques, ces signaux peuvent être difficiles à différencier du bruit de fond, ce qui réduit leur précision globale de détection du moteur. Comme les interfaces actuelles reposent sur des matériaux abiotiques, la dégradation inhérente des matériaux peut se produire parallèlement à la réaction des tissus corporels étrangers au fil du temps, ce qui a un impact supplémentaire sur leur précision. L’interface du nerf périphérique régénératif de la coiffe musculaire (MC-RPNI) a été conçue pour surmonter ces complications notées. Constituée d’un segment de greffe musculaire libre fixé circonférentiellement à un nerf périphérique intact, la construction se régénère et devient réinnervée par le nerf contenu au fil du temps. Chez le rat, cette construction a démontré sa capacité à amplifier les potentiels d’action efférente motrice d’un nerf périphérique jusqu’à 100 fois la valeur normale grâce à la génération de potentiels d’action musculaire composés (CMAP). Cette amplification du signal facilite la détection de haute précision de l’intention du moteur, permettant potentiellement une utilisation fiable des dispositifs exosquelettes.

Introduction

Rien qu’aux États-Unis, environ 130 millions de personnes sont touchées par des troubles neuromusculaires et musculo-squelettiques, ce qui entraîne un impact économique annuel^de plus de 800 milliards de dollars ^1,2. Ce groupe de troubles est typiquement secondaire à une pathologie au sein du système nerveux, à la jonction neuromusculaire, ou au sein du muscle lui-même³. Malgré la variété des origines pathologiques, la majorité partage un certain degré de faiblesse des extrémités ^1,3. Malheureusement, cette faiblesse est souvent ....

Protocol

Toutes les procédures et expériences sur les animaux ont été effectuées avec l’approbation du Comité des soins institutionnels et de l’utilisation des animaux (IACUC) de l’Université du Michigan. Les rats Fischer F344 et Lewis mâles et femelles (~200-300 g) âgés de 3 à 6 mois sont le plus souvent utilisés dans les expériences, mais n’importe quelle souche peut théoriquement être utilisée. Si vous utilisez des rats donneurs au lieu de greffes musculaires autologues, les rats donneurs doivent être isogéniques à la souche expérimentale. Les rats ont libre accès à la nourriture et à l’eau avant et après l’opération. Après les évaluations terminales, l’euthanasie est réali....

Results

La fabrication chirurgicale du MC-RPNI est considérée comme un échec périopératoire si les rats ne survivent pas à l’émergence de l’anesthésie chirurgicale ou ne développent pas une infection dans la semaine suivant l’opération. Des recherches antérieures ont indiqué qu’une période de maturation de 3 mois entraînerait une amplification fiable du signal à partir de ces constructions^42,45,48,49. .......

Discussion

Le MC-RPNI est une nouvelle construction qui permet d’amplifier les potentiels d’action efférents d’un nerf moteur périphérique intact afin de contrôler avec précision un dispositif exosquelette. Plus précisément, le MC-RPNI confère un avantage particulier aux personnes présentant une faiblesse des extrémités causée par une maladie musculaire importante et / ou l’absence de muscle où les signaux EMG ne peuvent pas être enregistrés. Réduire la fonction musculaire déjà compromise serait dévastateur dans cette population; c.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
#15 Scalpel	Aspen Surgical, Inc	Ref 371115	Lames chirurgicales en acier au carbone Rib-Back (#15)
Cellule de charge à film mince 2-N (S100)	Strain Measurement Devices, Inc	SMD100-0002	Mesure la force générée par le muscle attaché
4-0 Suture chromique	Ethicon	SKU# 1654G	P-3 Aiguille de coupe inversée
5-0 Suture chromique	Ethicon	SKU# 687G	P-3 Reverse Cutting Needle
8-0 Monofilament Suture	AROSurgical	T06A08N14-13	Suture monofilament en polyamide noir sur une aiguille conique filetée
Rats expérimentaux	Envigo	F344-NH-sd	Les rats sont des pinces fines de souche Fischer F344
- finition miroir	Fine Science Tools	11413-11	Pince à pointe fine avec finition miroir idéale pour la manipulation de structures délicates comme les nerfs
Fluriso (Isofluorane)	VetOne	13985-528-40	anesthésique par inhalation
	Red Rock	n/a	Gabarit de mesure de force conçu sur mesure qui permet l’immobilisation des membres postérieurs pour permettre un enregistrement précis de la force musculaire
Logiciel MATLAB	Mathworks, Inc	PR-MATLAB-MU-MW-707-NNU	Calcule la force active pour chaque trace de force enregistrée à partir de la force passive et de la force totale mesures
Nicolet Viasys EMG EP System	Nicolet	MFI-NCL-VIKING-SELECT-2CH-EMG	Système portable d’enregistrement EMG et de signaux nerveux capable d’enregistrer simultanément 2 canaux à partir d’un nerf et/ou d’un muscle
Oxygène Gaz	cryogéniques	UN1072	Bouteilles d’oxygène standard de qualité médicale
Chlorure de potassium	APP Pharmaceuticals	63323-965-20	Forme injectable, 2 mEq/mL
Povidone iode USP	MediChoice	65517-0009-1	Solution topique à 10 %, peut utiliser une bouteille pour plusieurs préparations chirurgicales
Puralube Vet Pommade ophtalmique	Dechra	17033-211-38	Pommade protectrice cornéenne à utiliser pendant
la procédure Rimadyl (Caprofen)	Zoetis, Inc.	NADA# 141-199	Forme injectable, 50 mg/mL
Stéréomicroscope	Leica	Modèle M60	L’utilisateur peut ajuster le grossissement à ses préférences
Instruments chirurgicaux	Outils de sciences fines	Divers	L’utilisateur peut choisir des instruments en fonction de ses préférences personnelles ou de ce qui est actuellement disponible dans son laboratoire
Pommade antibiotique	triple MediChoice	39892-0830-2	La pommade se présente sous forme de sachets stériles et jetables
Ciseaux à ressort Vannas - Tranchant de 2 mm	Outils de science fine	15000-04	Ciseaux de micro-dissection incurvés utilisés pour effectuer la fenêtre épineuriale
VaporStick 3	Surgivet	V7015	Tour d’anesthésie avec espace pour bouteille d’isofluorane et d’oxygène
Webcol Alcohol Prep	Coviden	Ref 6818	Lingettes de préparation à l’alcool ; utilisez une nouvelle lingette pour chaque préparation