Micro-drive tableau pour les maladies chroniques In vivo Enregistrement: Disque de fabrication

Ce vidéo couvrira l'assemblage d'un ensemble de micro-entraînements léger composé de 21 micro-entraînements à vis réglables indépendamment. Chaque micro-entraînement contrôle la position d'enregistrement d'une électrode unique. Les micro-entraînements sont fixés sur une base en plastique conçue par ordinateur qui les stabilise par rapport au crâne de l'animal en mouvement et regroupe les électrodes selon un motif densément compacté, capable de traverser une petite craniotomie pour pénétrer dans le cerveau.

La base supporte également une carte d'interface d'électrode pour la connexion aux instruments d'enregistrement, ce qui permet de brancher et de débrancher facilement l'animal au début et à la fin d'une expérience. Un cône en plastique fixé à la base protège les micro-entraînements et les électrodes des éléments présents dans la cage du rat. Bonjour, je suis Faia Postman du laboratoire de Matt Wilson à l'Institut PIKA pour l'apprentissage et la mémoire au Massachusetts Institute of Technology.

Aujourd'hui, nous allons vous présenter un protocole permettant de fabriquer l'un de ces microélectrodes en réseau. Dans notre laboratoire, nous utilisons ces réseaux de microélectrodes pour enregistrer l'activité d'une grande population de neurones dans le cerveau de rats, par exemple dans le cortex ou l'hippocampe. Tout d'abord, nous allons vous montrer comment nous avons conçu notre réseau de microélectrodes.

Ensuite, nous nous rendrons à l'atelier où Steve et Stewart nous montreront comment traiter les matières premières et comment les assembler pour fabriquer un dispositif entièrement fonctionnel. Commençons donc. La base en plastique est conçue à l'aide d'un logiciel de conception assistée par ordinateur et est fabriquée à l'aide d'un procédé d'impression 3D peu coûteux.

Nous modélisons également tous les autres composants du réseau de micro-entraînements. Cela nous permet de contrôler précisément la taille et le poids de l'entraînement fini. Au sommet de la base en plastique se trouvent deux rangées de trous qui accueilleront les micro-entraînements individuels.

Le modèle 3D est envoyé à un centre de services qui réalise le design à partir d'une résine durcissable par laser par stéréolithographie. Cela ne devrait prendre que quelques jours et la pièce obtenue est légère et réutilisable. Une fois la pièce reçue du centre de services, nous devons la préparer pour son utilisation.

Alors, rendons-nous à l'atelier. Le processus d'impression 3D ne permet pas d'imprimer de manière fiable des trous de petite taille, nous indiquons donc des trous de diamètre plus petit dans nos modèles. Ensuite, nous perçons et taraudons les trous à la dimension requise à l'atelier.

Trois forets de tailles différentes sont utilisés pour préparer la base en plastique : un foret n°61, un foret n°65 et un foret de 1,55 millimètre dans l'anneau extérieur de la base. Utilisez une perceuse à main avec un foret n°61 à très faible vitesse pour préparer les trous pilotes où seront ensuite insérées les vis du micro-entraînement. Ensuite, préparez les trous destinés aux tubes de support du micro-entraînement en perçant ces ouvertures avec un foret n°65.

À l’aide du foret plus grand de 1,55 millimètre, aléser les trous qui serviront à fixer la base à la carte d’interface des électrodes et au cône de protection. Pour assurer un mouvement fluide dans le micro-déplacement, insérer un manchon en acier inoxydable dans la rangée intérieure de trous. Chaque manchon doit être inséré à force à l’aide d’une paire de pinces jusqu’à être aligné avec le sommet de la base.

Les trous pilotes pour les vis doivent maintenant être taraudés. Utilisez un tourne-à-gauche pour maintenir le taraud et appliquez un lubrifiant sec avant le taraudage. Alignez le taraud en vous assurant qu’il est parallèle à un tube de calibre 23 que vous insérez temporairement dans le manchon voisin.

Les trous destinés à accueillir la carte d'interface et le cône de protection doivent être filetés. Filetez manuellement ces trous de la même manière. La conception en plastique comporte un guide de taraudage pour chaque trou pilote afin de s'assurer que les premiers filets ne soient pas endommagés pendant le processus de filetage.

Une fois que tous les trous pilotes sont filetés, ces départs de taraudage peuvent être facilement détachés à l’aide d’une lame de rasoir. Les électrodes sont dirigées vers un site unique au fond de l’implant par un certain nombre de tubes de guidage électrique.

Tout d'abord, nous devons fabriquer la canule collectrice qui maintiendra tous les tubes guide électriques. La canule collectrice est constituée d'un morceau de tube en acier inoxydable mesurant 1,5 centimètre de long. La canule collectrice sera fixée à l'aide de ciment dentaire.

Afin d'améliorer l'adhérence, égratignez soigneusement le tube à l’aide d’une meule Dremel, puis insérez cette canule dans la partie inférieure de la base en plastique. Positionnez-la de manière à ce que cinq à sept millimètres de la canule restent à l'extérieur du réseau du micro-distributeur. Pour faciliter l'implantation chirurgicale, fixez la canule collectrice à la partie inférieure de la base en plastique.

Avec de l'acrylique dentaire, laissez durcir pendant au moins 15 minutes. Préparez maintenant les tubes guides en découpant 21 morceaux de polyamide à l’aide d’un scalpel. Commencez cette étape en insérant les 21 tubes guides dans la canule collectrice située au bas de la base du dispositif.

Cela permettra de s'assurer que les tubes sont tous parallèles les uns aux autres. Si les tubes du faisceau sont trop lâches ou trop serrés, vous pouvez commencer avec moins de tubes ou en ajouter en fonction des besoins. Maintenant, retirez chaque tube guide un par un et insérez-le dans l'une des manchettes située en haut de l'entraînement.

Faire passer le tube à travers l'ouverture laissée dans le faisceau de tubes. Vérifier les tubes directeurs pour repérer toute courbure ou pli serré et les remplacer au besoin. Ajuster la position de chaque tube directeur afin qu'il dépasse d'un à deux millimètres au-dessus du sommet du manchon.

Ajoutez maintenant une petite goutte de colle fine de type sano acro lake sur la partie inférieure de la canule de collecte. Veillez soigneusement à ne pas laisser la colle pénétrer dans les tubes de guidage. Ensuite, utilisez une lame de rasoir neuve pour couper le faisceau de tout tube excédentaire à l'extrémité inférieure de la canule de collecte.

Vérifiez au stéréoscope que les tubes sont bien coupés et affleurants à la canule. Chaque électrode est avancée par son propre micro-entraînement, nous devons donc fabriquer 21 micro-entraînements, puis les insérer dans la base en plastique. Chaque micro-entraînement est composé d'une vis sur mesure et d'un tube support creux, qui sont fixés l'un à l'autre.

Avec de l'acrylique dentaire, l'électrode traverse le tube de support. La vis possède une partie non filetée munie d'un petit rebord qui est incorporé dans l'acrylique dentaire et permet ainsi à la vis de tourner librement. Lorsque la vis est tournée dans la base en plastique, elle fait avancer ou reculer l'électrode.

La tête de la vis a la forme d'un demi-cylindre. Avant de pouvoir fabriquer les micro-entraînements, nous devons fabriquer un tournevis pour actionner nos vis sur mesure. Notre tournevis improvisé est construit en prenant une vis personnalisée et en usinant complètement le rebord entourant la tête en demi-cylindre.

Insérez la tête de la vis dans un tube de 15 gauge mesurant cinq centimètres de long jusqu'à ce qu'elle soit entièrement gainée. Ensuite, écrasez le tube autour des filets de la vis afin de la fixer solidement dans le tube et d'empêcher toute rotation. Fixez une petite pince vise pour servir de poignée et voilà, vous avez un tournevis.

Le microdéplaceur est fabriqué en moulant de l'acrylique dentaire autour de la vis et du tube de support. Les moules que nous utilisons sont en plastique imprimé en 3D, tout comme la base en plastique, et comportent des trous en bas qui maintiennent la vis et le poteau de support alignés pendant que nous y versons l'acrylique. Tout d'abord, nous devons préparer le moule en débouchant le trou du tube de support à l’aide d’une aiguille de calibre 23, en dégageant le trou de la vis et en créant des filetages à l’aide d’un filière.

Il s'agit de la même procédure que nous venons d'utiliser sur la base en plastique. Le moule est maintenant prêt à être utilisé pour fabriquer des micro-entraînements. Enduisez le moule d'un lubrifiant à base de téflon afin d'empêcher l'acrylique dentaire de coller au moule.

Poncez les deux à trois millimètres supérieurs d'une tige de support en acier inoxydable de 14 millimètres de long et de calibre 23 à l'aide d'une meule afin qu'elle soit solidement fixée dans l'épaisseur de l'acrylique. Insérez la tige de support dans le trou le plus petit du moule de sorte que le sommet de la tige se trouve au-dessus du haut du puits. Appliquez un film mince de lubrifiant à base de téflon sur une vis et insérez-la dans le trou fileté jusqu'à ce que les filetages se situent juste en dessous du fond du puits.

Mélangez maintenant de l'acrylique dentaire et versez-la dans le moule. Veillez à ce qu'elle pénètre bien dans tous les recoins. Une aiguille peut aider à éliminer les bulles d'air une fois que l'acrylique est durcie.

Vous pouvez retirer le micro-entraînement en desserrant la vis. Effectuez un contrôle de qualité rigoureux. Il ne doit y avoir aucune fissure ni bulle dans l'acrylique.

Le poteau et les vis doivent être parallèles et incapables de bouger latéralement. Les vis doivent tourner en douceur, sans jeu ; tout mauvais micro-entraînement doit être démonté et ses pièces réutilisées. Répétez ce processus jusqu'à ce que vous ayez 21 micro-entraînements fonctionnels.

Si votre moule comporte plusieurs puits, vous pouvez alors fabriquer plusieurs micro-entraînements par lots afin de gagner du temps. Alignez soigneusement chaque micro-entraînement avec une paire de trous dans la base en plastique. Glissez le tube de support du micro-entraînement par-dessus le tube guide en polyéthylène et dans le manchon métallique tout en utilisant le tournevis pour faire avancer la vis du micro-entraînement.

Cela peut être délicat. Gardez l'œil sur le centre de la base pour vous assurer que le tube-guide ne s'accroche pas dans un affaissement lorsque le micro-entraînement est abaissé. Une fois tous les micro-entraînements en place et complètement abaissés, une petite quantité d'acrylique est déposée au centre du dispositif pour fixer le bouquet de tubes-guides en position.

Laisser polymériser l'acrylique pendant 15 minutes. Une fois l'acrylique sec, pour rétracter chaque micro-entraînement d'environ trois millimètres, établir un schéma en vue de dessus des micro-entraînements et attribuer à chacun un nom ou un numéro unique. En regardant maintenant dans le stéréomicroscope, retourner l'ensemble à l'envers et prendre une photographie de la face inférieure de la canule collectrice et des tubes de guidage.

Imprimez une copie de l'image qui pourra servir de référence dans les étapes suivantes. Ensuite, avec le dispositif retourné, insérez un tube support en polyamide étroit dans chaque tube de guidage jusqu'à ce qu'il ressorte par le haut d'un microdispositif. Indiquez sur la photographie quel tube de guidage correspond à quel microdispositif.

Le tube support protégera et soutiendra par la suite les fils délicats de l'électrode. Il traverse le micro-déflecteur. Allonger chaque tube support jusqu'à ce qu'il se trouve à un centimètre au-dessus du haut du tube de support du micro-déflecteur, puis coller le tube support au tube de support à l'aide d'une colle époxy de cinq minutes ou d'une colle épaisse de type Sano Acro Lake.

Soit très prudent lors de cette étape. Si la colle coule à l’intérieur du tube de support, elle peut coller le tube de support au tube guide fixe, ce qui endommagerait ce micro-actionneur. C’est pourquoi nous surélevons les micro-actionneurs avant d’insérer les tubes porteurs.

Une fois tous les tubes porteurs collés en place, abaissez complètement les micros-entraînements puis coupez tous les tubes porteurs au ras du bas de l'entraînement à l'aide d'une lame de rasoir neuve. Ensuite, coupez les tubes porteurs d'un à deux millimètres au-dessus du sommet du micro-entraînement à l'aide de ciseaux pointus. Enfin, placez la carte d'interface des électrodes sur le dessus de la base de l'entraînement et fixez-la avec deux vis.

À ce stade, le dispositif d'enregistrement est prêt à être chargé avec des électrodes et nos expériences. Nous utilisons généralement des électrodes microrubans à quatre canaux appelées tétrôdes, mais tout type d'électrode peut être utilisé. La fabrication des tétrôdes, leur chargement dans les micro-dispositifs, ainsi que la préparation du dispositif d'enregistrement pour l'implantation chirurgicale sont abordées dans d'autres vidéos JoVE.

Ce protocole peut être suivi tel quel ou modifié selon vos besoins. Par exemple, certains chercheurs auront besoin de vis plus longues pour enregistrer des structures cérébrales plus profondes. D'autres peuvent souhaiter concevoir un système qui cible plusieurs régions cérébrales.

Le dispositif peut également être miniaturisé pour être utilisé chez des animaux plus petits, comme les souris, avec des modifications légèrement plus importantes ; des micropousseurs motorisés peuvent alors être utilisés, permettant un ajustement à distance des positions des électrodes. Nous venons de vous montrer comment concevoir et fabriquer un réseau de micropousseurs pouvant être implanté sur la tête d'un rat et permettant l'enregistrement de grandes populations de neurones pendant que l'animal se déplace réellement. Lors de cette procédure, il est important de bien se rappeler de tarauder soigneusement les trous dans la base en plastique afin que les vis des micropousseurs ne glissent pas.

Effectuez un contrôle de qualité rigoureux des micro-entraînements fabriqués. Assurez-vous que la vis et le tube de support sont parallèles et que la vis tourne sans à-coups ni jeu. Faites attention, lors de l'utilisation de colle ou d'acrylique dentaire, à ne pas obstruer accidentellement l'un des tubes.

Enfin, n'oubliez pas que pour finaliser le dispositif MyDrive et avant de procéder à la chirurgie, vous devrez intégrer des tétrodes et une faible dose dans le dispositif. Cette étape est abordée dans un autre article vidéo JoVE. Voilà, c'est tout.

Merci d'avoir regardé et bonne chance avec vos expériences.