Un système portable de mesure par électromyographie en temps réel pour les petits animaux
15 novembre 2024
Un protocole est présenté pour l’installation et la préparation d’électrodes intramusculaires, ainsi qu’un appareil de mesure miniaturisé montable sur un animal pour l’analyse électromyographique (EMG) dans les études de locomotion. Ce système permet la transmission sans fil de données EMG en temps réel pour étudier la récupération de la locomotion chez des rats modèles d’AVC.
Cette méthode vise à mesurer l’EMG chez les petits animaux sans avoir besoin d’une connexion attachée à un équipement de mesure. L’attache peut restreindre les mouvements de l’animal et entraîner certains inconvénients. Nous avons commencé par nous demander si nous pouvions remédier à ces limites.
Nous développons et testons actuellement un appareil de stimulation électrique pour traiter les muscles et les nerfs. Contrairement aux méthodes traditionnelles qui utilisent la stimulation en boucle ouverte pour la récupération, notre approche intègre une rétroaction en boucle fermée pour surveiller l’effet en temps réel. Cette intégration vise à améliorer les résultats thérapeutiques.
Notre objectif est de miniaturiser l’appareil afin qu’il puisse être utilisé sur des animaux vivants sans restreindre leurs mouvements. Bien que certaines équipes d’ingénieurs expérimentées puissent effectuer des tests similaires avec désinvolture, il est difficile pour les équipes ayant une formation purement scientifique d’y parvenir. Notre étude vise spécifiquement à utiliser un système portable sans fil, et nous avons conçu l’appareil avec cet objectif à l’esprit.
L’un des principaux avantages est que nous avons miniaturisé les connecteurs et l’appareil lui-même. Cette conception permet de réduire la charge lors des expériences de mesure, en particulier lorsque l’on travaille avec des sujets animaux. Notre laboratoire vise à faire avancer la recherche sur les traitements des petits animaux en développant un système de mesure de biosignal avec surveillance par rétroaction en boucle fermée.
Ce système nous permet d’obtenir des résultats thérapeutiques plus précis et adaptatifs, améliorant ainsi l’efficacité des traitements. Pour commencer, coupez un fil d’acier inoxydable recouvert de polytétrafluoroéthylène en une longueur de 140 millimètres et 60 millimètres. Faites trois nœuds simples sur un fil de 140 millimètres de long, en les plaçant à 40 et 100 millimètres par rapport au nœud.
Laissez un espace de deux millimètres à partir du nœud sur le côté court des fils de 140 millimètres. Ensuite, utilisez un fer à souder pour dénuder partiellement deux millimètres d’isolant. Sur le côté long, dénudez complètement deux millimètres d’isolant à partir de l’extrémité.
Pour le fil de 60 millimètres, retirez deux millimètres d’isolant à une extrémité et 10 millimètres de l’autre extrémité. Après avoir complètement retiré l’isolant, fixez le fil en le soudant à l’accessoire du connecteur. Assemblez la partie métallique reliée au fil dans le boîtier en plastique.
Fixez le connecteur à un guide en plastique imprimé en 3D avec des trous pour le fixer à la peau de l’animal. Appliquez du cyanoacrylate biocompatible pour éviter que la partie soudée n’entre en contact avec le site d’incision. Coupez une plaque de nickel de 0,2 millimètre d’épaisseur et pliez-la autour du connecteur pour la protéger, évitant ainsi les dommages potentiels de l’animal.
Pour commencer, à l’aide d’un ciseau chirurgical, faites une incision de 5 à 10 millimètres autour de la région lombaire du rat anesthésié où le connecteur sera fixé. Ensuite, faites une incision d’environ 10 à 15 millimètres sur la peau au-dessus du muscle cible, et retirez le fascia sous la peau pour exposer le muscle. Utilisez un trocart stérile pour créer un passage pour que le fil passe de l’incision lombaire à la position musculaire cible.
Après avoir préparé l’ensemble fil-électrode et connecteur, utilisez le trocart pour pincer les électrodes métalliques au niveau de l’incision lombaire et tirez-les soigneusement jusqu’à l’incision musculaire cible. Utilisez une aiguille de suture pour insérer le fil de l’électrode dans le muscle cible. Guidez le fil qui a traversé le muscle jusqu’à son point d’insertion.
Fixez-le avec un nœud plat et coupez le fil restant. Après avoir fixé le fil-électrode dans le muscle cible, suturez le site d’incision à l’aide d’un fil de suture 4/0. Suturez l’incision sous le connecteur, en veillant à ce que tout le fil soit inséré dans le corps et suturé en toute sécurité.
Enfin, fixez le connecteur à la peau dorsale du rat à l’aide de fil de suture.
Aperçu
Cet article présente un protocole pour l'installation et la préparation d'électrodes intramusculaires et d'un dispositif de mesure miniaturisé destiné à l'analyse électromyographique (EMG). Le système permet la transmission sans fil de données EMG en temps réel, facilitant l'étude de la récupération de la locomotion chez des rats modèles d'accident vasculaire cérébral.
Composants clés de l'étude
Domaine scientifique
- Électrophysiologie
- Études de la locomotion
- Neurosciences
Contexte
- Les méthodes traditionnelles d'EMG nécessitent souvent des connexions filaires.
- La contrainte liée au câblage peut limiter les mouvements de l'animal et influencer les résultats de l'étude.
- Cette étude vise à surmonter ces limitations.
- Le développement d'un système de rétroaction en boucle fermée pour une surveillance en temps réel est en cours.
Objectif de l'étude
- Mesurer l'EMG chez des animaux de petite taille sans entrave.
- Améliorer les résultats thérapeutiques grâce à un retour en temps réel.
- Étudier la récupération de la locomotion chez des rats modèles d'accident vasculaire cérébral.
Méthodes utilisées
- Implantation d'électrodes intramusculaires.
- Préparation d'un dispositif de mesure miniaturisé.
- Transmission sans fil des données EMG.
- Surveillance en temps réel de la récupération de la locomotion.
Résultats principaux
- Installation réussie d'électrodes intramusculaires.
- Transmission sans fil efficace des données EMG.
- La surveillance en temps réel a démontré la faisabilité.
- Potentiel pour une analyse améliorée de la récupération de la locomotion.
Conclusions
- Le système développé remédie aux limitations des méthodes traditionnelles.
- La mesure sans fil de l'EMG peut améliorer le mouvement animal.
- Un retour d'information en temps réel pourrait améliorer les stratégies thérapeutiques.
Questions fréquemment posées
Pertinence industrielle pour les cadres
La mesure sans fil et en temps réel de l'EMG chez les petits modèles animaux répond à un goulot d'étranglement critique dans la recherche préclinique neuromusculaire en permettant des études comportementales sans restriction et une acquisition de données plus pertinentes sur le plan physiologique. Cette capacité améliore la fiabilité prédictive des modèles translationnels et soutient la réduction des risques mécanistiques dans la validation des cibles neuromusculaires. La miniaturisation du système et son intégration dans une boucle de rétroaction fermée en font une plateforme réutilisable pour l'exploration précoce et l'avancement des pipelines précliniques.
Applications stratégiques dans la recherche et développement en biopharmaceutique
Début de la découverte et validation de la cible
- Permet l'interrogation fonctionnelle des voies neuromusculaires chez des modèles animaux en libre mouvement.
- Prend en charge la réduction des risques mécanistiques en fournissant des données EMG en temps réel et physiologiquement pertinentes.
- Facilite la validation des cibles grâce à un retour adaptatif et une surveillance précise des réponses musculaires et nerveuses.
Développement de criblages et de tests
- Prépare des modèles animaux validés pour des études de criblage de composés et d'efficacité en aval.
- Standardise l'acquisition des signaux EMG afin d'obtenir des résultats reproductibles et quantitatifs d'une expérience à l'autre.
- Permet la mise en place de plates-formes d'essais évolutives et sans fil pour un criblage préclinique à haut débit.
Recherche translationnelle et préclinique
- Aligne les modèles précliniques avec des paramètres locomoteurs pertinents pour la maladie afin de développer des biomarqueurs translationnels.
- Assure une continuité depuis la phase de découverte précoce jusqu'à la validation préclinique en permettant des tests thérapeutiques adaptatifs.
- Réduit le risque de translation en capturant des résultats fonctionnels en temps réel dans des systèmes animaux pertinents.
Intégration des pipelines et des flux de travail
Ce système EMG sans fil s'intègre à la continuité découverte-préclinique, soutenant les tests d'hypothèses, l'identification de composés candidats et la recherche translationnelle dans les voies neuromusculaires et de réadaptation.
- Biologie de la découverte : Fournit des données EMG de haute fidélité pour la clarification des voies et la vérification d'hypothèses in vivo.
- Écrans de sélection : Produit des résultats EMG reproductibles et quantitatifs, adaptés à l'évaluation de l'efficacité de composés.
- Analytique : Permet la surveillance en temps réel des signaux et la comparaison statistique des réponses locomotrices.
- Recherche translationnelle : Établit un lien entre la découverte précoce et la validation préclinique au moyen de critères fonctionnels pertinents pour la maladie.
- Réutilisation institutionnelle : Offre une plateforme modulaire et sans fil adaptable à divers programmes de recherche neuromusculaire.
Impact opérationnel et organisationnel
- Valeur scientifique : Accroît la confiance prédictive et réduit l'ambiguïté mécanistique dans les études neuromusculaires.
- Valeur opérationnelle : Renforce la standardisation, la reproductibilité et l'évolutivité de la collecte des données d'EMG.
- Valeur stratégique : Améliore la prise de décision go/no-go et l'efficacité du capital en permettant la génération de données précliniques solides.
- Impact sur le portefeuille : Soutient la priorisation et l'avancement ajustés au risque des actifs neuromusculaires et de réadaptation.
Considérations relatives à la mise en œuvre
- Nécessite une expertise en implantation chirurgicale d'électrodes et en manipulation d'appareils sans fil.
- Suppose l'accès à une infrastructure d'acquisition et d'analyse de données en temps réel.
- Exige une standardisation interéquipes du positionnement des électrodes et des protocoles de traitement des signaux.
- L'adaptation à différents modèles animaux peut nécessiter des ajustements concernant la miniaturisation des connecteurs et des dispositifs.
- Les limites potentielles incluent la durabilité du dispositif et la tolérance chez l'animal, comme indiqué par la source.
