מדידת לחץ תוך גולגולתי אפידורל בחולדות באמצעות מתמר סיבים אופטיים לחץ
April 25th, 2012
טכניקה חדשנית להקליט את הלחצים בתוך הגולגולת מתואר. שיטה פולשנית משתמשת במערכת של סיבים אופטיים לחץ חישה כדי למדוד במדויק את לחץ תוך גולגולתי (ICP) בחולדות מורדם מבלי לגרום טראומה מוחית משמעותית. הטכניקה עשויה לשמש במגוון רחב של דגמים ניסיוניים.
המטרה הכוללת של הליך זה היא למדוד בפשטות ובדייקנות לחץ תוך גולגולתי במודל של בעלי חיים. במקרה הזה, העכברוש. זה מושג על ידי חפירה ראשונה של שני חורים קטנים בגולגולת.
לאחר מכן, בורג ניטור ICP ובורג עיגון מוכנסים לגולגולת ומודבקים למקומם לאחר החדרת הבורג, מתמר לחץ סיבים אופטיים מוחדר לבורג הניטור למדידת ICP בחלל האפידורלי. בשלב האחרון, נוצר אטם אטום סביב מתמר הלחץ בבורג ניטור כדי לאטום את קמרון הגולגולת. בסופו של דבר, ניתן להשיג תוצאות המראות עקבות פיזיולוגיים של לחץ תוך גולגולתי באמצעות מתמר לחץ סיבים אופטיים אפידורליים.
הדגמה חזותית של שיטה זו היא קריטית מכיוון שקשה ללמוד את שלבי המפתח מכיוון שהמוח יכול בקלות להינזק במהלך ההליך ולבלבל את תוצאות הניסוי. היתרון העיקרי של טכניקה זו על פני שיטות קיימות כמו מדידות ICP פולשניות בין-חדריות או תוך-פרנכימליות הוא שטכניקת מדידת ה-ICP האפידורלית שלנו מונעת נזק למוח על ידי שמירה על קרומי המוח שלמים. לאחר אישור הרדמה מלאה באמצעות צביטה בכף הרגל, הניחו את החולדה על צלחת חימום ומקמו את אף החולדה בקונוס אף הרדמה, גלחו את הקרקפת, ולאחר מכן שטפו וחיטאו עם כלורהקסידין, חדרו לעור במקום החתך בהרדמה מקומית ארוכת טווח תוך שמירה על הרדמה.
אבטח את הראש במסגרת סטריאוטקסית והכנס את מוטות האוזניים עד לייצוב הראש. ודא שהנשימה אינה נפגעת. לאחר שהחיה נמצאת במקומה, בצע חתך ראש בקו האמצע של 1.5 ס"מ.
לאחר מכן, נתח את הרקמה הרכה והשרירים שמסביב כדי לאתר בבירור למבדה ו-bgma. למשוך את העור ורקמת החיבור לעצור כל דימום על ידי הפעלת לחץ על הגולגולת החשופה באמצעות ספוגיות גזה סטריליות. שימוש במקדחה דנטלית עם קצה מילימטר אחד חור ברוחב שני מילימטרים לתוך העצם הקודקודית הימנית למחקרי שבץ מוחי.
לידה של חור, שני מילימטרים לרוחב ושני מילימטרים אחוריים מברג MA כדי להימנע מהסינוס הסגיטלי העליון וכדי להבטיח שמיקום חיישן ה-ICP הוא מעל הטריטוריה האיסכמית, קבור את החור לעומק שבו הגולגולת מעל הדורה הופכת שקופה. לאחר מכן השתמש בקצה קצה של 0.5 מילימטר כדי להסיר את הגולגולת בבסיס החור כאשר הגולגולת מתחילה להיסדק. השתמש במלקחיים של 45 מעלות כדי להסיר את כל הגולגולת שנותרה, וודא שבסיס החור נקי מפסולת.
כדי לגרום לבורג הניטור לקדוח חור של 0.7 מילימטר דרך בורג עם ראש משושה באמצעות מחרטה ומקדח 0.7 מילימטר, הכנס את בורג הניטור לתוך החור על ידי סיבובו כ-1.5 סיבובים. היזהר לא לפגוע ברקמה בסיסית כלשהי. השתמש במקדח של מילימטר אחד כדי לחפור חור שני לבורג עיגון בעצם הקודקודית השמאלית, שני מילימטרים לרוחב ושני מילימטרים אחוריים מברג מא, אך אל תחדור לחלוטין לגולגולת.
הכנס בורג משושה עם ראש משושה של שניים על ארבעה מילימטר לתוך החור השני. בורג זה עוזר לעגן את המלט הדנטלי ואת בורג הניטור לגולגולת. השתמש בפיפטה העברה כדי לערבב ולאחר מכן מרח מלט דנטלי, מונומר ופולימר על בסיס ראש הברגים, מה שמאפשר למלט להתייבש לפחות 10 דקות באמצעות נוזל תיקון לבן, סמן את חיישן הסיבים האופטיים ארבעה מילימטרים מהקצה, מלא את החור של בורג הניטור במי מלח סטריליים וודא שאין בועות אוויר בתוך הבורג.
הכנס את הלחץ התוך גולגולתי או בדיקת ה-ICP ארבעה מילימטרים לתוך הבורג כך שקצה הגשושית יהיה ישר עם קצה הבורג. ודא שהקצה אינו חודר את הדורה. כוונן את קצה הגשושית בתוך הבורג עד שניתן יהיה להבחין בעקבות ICP המשקפים אוורור וגלי דופק לחץ דם.
איטום אטום הוא הכרחי לקריאת ICP מדויקת כדי ליצור תערובת ראשונה אחת של מונומר חומר איטום צמיג תואם ביולוגית ופולימר ביחס של אחד לאחד, למרוח שכבה דקה של איטום סביב הגשושית וראש בורג הניטור. להיזהר שלא להזיז את גשושית ה-ICP. לאחר מתן אפשרות לשכבה הראשונה להתייצב למשך חמש דקות, יש למרוח שכבה שנייה של חומר איטום סביב כל בורג הניטור והבדיקה.
ודא שלא ידלוף נוזל מכל סדק בחומר האיטום. הסר את מוטות האוזניים ואפשר לחולדה להישאר במצב שכיבה. במהלך ניטור ICP בסיום ניטור ICP, ניתן להסיר את חיישן ה-ICP על ידי משיכה עדינה של הקטטר מהבורג וחומר האיטום, למקם מיד את חיישן הסיב האופטי לתמיסה של 1% זימה כדי למנוע קורוזיה בקצה.
יש לכסות את החור שנותר בחומר האיטום בשכבה נוספת של חומר איטום המוצג. להלן ייצוג של קריאות ICP מעל 10 שניות בנקודת ההתחלה. ה-ICP הממוצע בחולדת וויסטאר הוא שישה מילימטרים של כספית.
האירועים של משרעת קצרה יותר משקפים את גלי הדופק של לחץ הדם, בעוד שהאירועים של מחזוריות ארוכה יותר מראים אירועי אוורור כדי לאמת את מיקום חיישן הסיב האופטי בכל ניסוי, יש לבדוק עקבות ICP להיענות ללחיצות בטן. כאן הבטן נדחסה באופן זמני, מה שהביא להפחתת החזרה הוורידית המוחית בהגדלת הנפח התוך גולגולתי, ובכך הגדלת הלחץ העורקי ICP ירד רק לאחר עליית ה-ICP הראשונית. תקופות של דום נשימה נצפות ברוב הניסויים הכוללים בעלי חיים שנושמים באופן ספונטני.
אירועים אלה מזוהים ברשומות פיזיולוגיות המוצגות כאן על ידי היעדר סטיות נשימה על עקבות לחץ נשימתי ועורקי. שינוי שווה ערך בעקבות ה-ICP מאמת את מיקום בדיקת ה-ICP כאן. עקבות ICP טיפוסיים לאחר הסרת מוטות האוזניים מוצגים, ההחדרה הראשונית של מוטות האוזניים גורמת לדחיסה קלה של הגולגולת וכתוצאה מכך להפרעה, נפח תוך גולגולתי, ובכך ICP מוגבר.
אם החיישן ממוקם כהלכה, ICP יפיל לפחות ארבעה עד חמישה מילימטרים של כספית עם הסרת מוטות האוזניים לאחר שליטה. טכניקה זו יכולה להיעשות תוך כ-30 דקות אם היא מבוצעת כהלכה. לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד למדוד נכון ומדויק לחץ תוך גולגולתי בטכניקה זעיר פולשנית.
החלק הקשה ביותר בטכניקה זו כולל כאן הכנסת בורג. יש לנקוט בזהירות בעת נשיאה דרך הגולגולת כדי למנוע נזק לקרומי המוח ולמוח הבסיסיים.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
סקירה כללית
מאמר זה מתאר טכניקה חדשה למדידת לחץ תוך גולגולתי (ICP) בחולדות מורדמות באמצעות מערכת חישת לחץ אופטית-סיבית פולשנית מינימלית. השיטה שמה לה למטרה לספק מדידות ICP מדויקות מבלי לגרום לטראומה מוחית משמעותית, מה שהופך אותה למתאימה למגוון מודלים ניסיוניים.
מרכיבי מחקר מרכזיים
תחום המדע
- מדעי המוח
- הנדסה ביו-רפואית
- מודלים בעלי חיים
רקע
- לחץ תוך גולגולתי הוא פרמטר קריטי במחקרים נוירולוגיים.
- שיטות מסורתיות למדידת ICP יכולות להיות פולשניות וטראומטיות.
- יש צורך בטכניקות פולשניות מינימלית לשיפור רווחת בעלי החיים.
- טכנולוגיית סיבים אופטיים מציעה פיתרון פוטנציאלי למדידות מדויקות.
מטרת המחקר
- לפתח טכניקה למדידת ICP מדויקת בחולדות.
- למזער טראומה מוחית במהלך תהליך המדידה.
- לאפשר שימוש בטכניקה זו במגוון מודלים ניסיוניים.
שיטות ששימשו
- שני חורים קטנים נקדחים בגולגולת של החולדה.
- בורג ניטור ICP ובורג עיגון מוחדרים ומולחמים במקומם.
- מתמר לחץ סיבי אופטי מוחדר לתוך בורג הניטור.
- חותם אטום נוצר סביב מתמר הלחץ כדי לאטום את הכספת הגולגולתית.
תוצאות עיקריות
- הטכניקה מאפשרת מדידת ICP בחלל האפידורלי.
- ניתן להשיג תוצאות המציגות עקבה פיזיולוגית של לחץ תוך גולגולתי.
- השיטה מדגימה השפעה מינימלית על רקמת המוח.
- ניתן ליישם אותה במגוון הגדרות ניסיוניות.
מסקנות
- הטכניקה החדשה הזו מספקת שיטה אמינה למדידת ICP.
- היא משפרת את היכולת לחקור דינמיקה של לחץ תוך גולגולתי במודלים של בעלי חיים.
- הטבע הפולשני מינימלי של השיטה משפר את רווחת בעלי החיים.
שאלות נפוצות
Executive Industry Relevance
Accurate intracranial pressure (ICP) measurement is essential for evaluating therapeutic interventions in preclinical models of stroke, traumatic brain injury, and cardiac arrest. This minimally invasive epidural fiber-optic technique enables reliable physiological monitoring without compromising brain tissue integrity, supporting mechanistic de-risking in neuroprotective compound screening. By preserving meninges and avoiding parenchymal penetration, the method enhances data fidelity and translational continuity in discovery pipelines targeting ischemic injury pathways.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses by providing quantitative ICP readouts that reflect pathophysiological states in ischemic injury models.
- Operational Value: Supports biological de-risking through real-time validation of target engagement via ICP normalization in response to pharmacological interventions.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates high-fidelity ICP traces with detectable ventilation and blood pressure pulse waves, enabling precise temporal correlation with compound administration.
- Operational Value: Ensures assay standardization via airtight sealing and probe stabilization, reducing variability in longitudinal pressure measurements across experimental cohorts.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Facilitates disease-relevant system modeling by allowing ICP monitoring in territories overlying ischemic zones, improving anatomical specificity of readouts.
- Operational Value: Promotes preclinical continuity through serial ICP tracking that aligns with hemodynamic and respiratory biomarkers used in clinical translation.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into early discovery workflows by providing a quantitative functional readout that bridges target modulation and phenotypic outcomes in neurological disease models.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing by linking ICP fluctuations to pathway activity in models of cerebral edema and infarct progression.
- Screening: Delivers assay readiness through reproducible epidural catheter placement and signal validation via physiological responsiveness to abdominal compression.
- Analytics: Enables quantitative comparison of ICP baselines and dynamic responses, aiding in dose-response characterization and target confidence assessment.
- Translational Research: Connects to preclinical validation by mirroring clinical ICP monitoring parameters, including normal Wistar rat baselines (~6 mmHg) and ventilatory waveforms.
- Enterprise Reuse: Represents a reusable platform for epidural pressure measurement across diverse ischemic and traumatic injury models, reducing redevelopment costs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence by minimizing surgical confounds and preserving native cerebrovascular reactivity.
- Operational Value: Enhances reproducibility through standardized screw fixation, probe depth control, and dual-layer biocompatible sealing.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision-making by providing early, translatable safety signals related to intracranial hypertension risk.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of neuroprotective candidates based on ICP-lowering efficacy in validated disease-relevant systems.
Implementation Considerations
- Requires expertise in stereotaxic surgery, microsurgical burr techniques, and sterile cement application to avoid meningeal or vascular injury.
- Depends on fiber-optic transducer compatibility with epidural screw interfaces and biocompatible sealing materials to maintain signal integrity.
- Necessitates cross-team standardization of probe insertion depth (4 mm from tip) and airtight sealing protocols to ensure inter-laboratory reproducibility.
- Involves adaptation considerations for different rat strains or skull thicknesses, where burr depth must be adjusted to achieve translucent dura without penetration.
- Limited by the technical challenge of screw fabrication and placement, which demands precision to prevent sinus injury or cortical damage during burr expansion.
