שיטה לאלקטרוכימי שיטתי ואלקטרו הערכה של אלקטרודות הקלטה עצביות
3 במרץ 2014
ציפוי האלקטרודה שונה משפיע על ביצועי הקלטה עצביים דרך שינויים במאפיינים אלקטרוכימיים, כימיים ומכאניים. השוואה של אלקטרודות במבחנה היא פשוטה יחסית, עם זאת השוואה של תגובת in vivo היא מסובכת בדרך כלל על ידי שינויים במרחק אלקטרודה / נוירון ובין בעלי החיים. מאמר זה מספק שיטה חזקה כדי להשוות אלקטרודות הקלטה עצביות.
המטרה הכוללת של הליך זה היא לקבוע באופן אמין את האלקטרודה הטובה ביותר לרישום עצבי חריף. זה מושג על ידי שינוי ראשון של אלקטרודות חשופות במקרה זה באמצעות תצהיר של פולימרים מוליכים אורגניים. השלב השני הוא בדיקת תכונות המבחנה של הציפויים.
לאחר מכן, האלקטרודות ממוקמות במודל של חיות חולדה לרישום עצבי חריף. השלב האחרון הוא בדיקה חוזרת של האלקטרודות במבחנה כדי לקבוע את היציבות הביולוגית שלהן. בסופו של דבר, השוואה בין אלקטרודות שונות על ידי מגוון טכניקות אנליטיות, כולל אלקטרופיזיולוגיה ואלקטרוכימיה, משמשת לקביעת תכונות כימיות ופיזיקליות מרכזיות של שתלים עצביים.
שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח בפיתוח ממשקי מוח מכונה חדשים, כגון אילו תכונות מפתח של אלקטרודות יכולות לשפר את יחס רעש האות ואת ה-inq ליציבות הביולוגית. סים ומורגן יסייעו לי בהליך זה. התחל הליך זה על ידי הרדמת חולדה על ידי הזרקת IP של אורטן.
ודא את תחילת ההרדמה על ידי בדיקת רפלקס נסיגה של צביטת הבוהן. אם ההרדמה אינה מספיקה, יש לתת מינונים משלימים של אורטן. לאחר מכן, גלחו את ראש החולדה.
הנח אותו במצב שכיבה על צלחת נושא הומאו. לאחר מכן הכנס בדיקה רקטלית כדי לשמור על צלחת הנושא ההומאו על 37.5 מעלות צלזיוס. לאחר מכן, הנח מוט אוזן אחד במיקום הסופי הצפוי בקירוב בתוך המסגרת הסטריאוטקסית והתאם את החיה על מנת למקם את מוט האוזן באקוסטיקה האקוסטית החיצונית.
לאחר מכן יישר את מוט האוזן השני והנח לתוך המיטוס האקוסטי החיצוני הנגדי. לאחר מכן, מקם את החיה על מנת ליישר את מוטות האוזניים עם מחזיק השיניים. פתח את הלסת של החיה עם זוג מלקחיים של שן חולדה.
חברו את החותכות העליונות מעל מחזיק השיניים והדקו את האף למקומו. לאחר מכן בצע חתך בעור הראש בערך מילימטר אחד מימין לקו האמצע, ומ -10 מילימטרים רוסטרל ל -10 מילימטרים. Coddle of Lambda מושך את העור והשריר לרוחב מהחתך.
כדי לחשוף את העצמות הקודקודיות והבין-קודקודיות, שפשפו את פני העצם החשופה בתמיסת מי חמצן 20% וכרית גזה מתחת למיקרוסקופ. קדחו חור כשלושה מילימטרים רבועים בעצם הבין-קודקודית קרוב ככל האפשר ללמבדה ולקו האמצע. שטפו את החור במי מלח סטריליים כדי להסיר עצם, אבק או שברים, העלולים לפגוע באלקטרודה.
לאחר מכן, נתח מתחת לקשקוש הצוואר בעזרת המספריים הבוטים והבוטים. על מנת ליצור חלל, עטפו חוט כלוריד כסף וכסף בצמר גפן והרוויו אותו במי מלח. לאחר מכן הכנס את אלקטרודת הייחוס לחלל.
לאחר מכן, בצע חתך בדורה מאטר במישור הסגיטלי. בעזרת קצה מחט, חבר את מערך האלקטרודות למניפולטור האלקטרודות. לאחר מכן התאם את מיקומו מעל הפתח עם זווית של 19 מעלות רוס.
הכנס ידנית את האלקטרודה כשני מילימטרים למוח לכיוון הקולוס התחתון. לאחר מכן חבר את הרמקול למוט האוזן החלול השמאלי. ודא שהמגבר מופעל.
לאחר מכן, סגור את דלת תא ההקלטה. כעת ספק פרצי רעש לבן. הקצב המקסימלי שבו יש להעביר התפרצויות הוא פרץ אחד כל 200 אלפיות השנייה.
במקביל, עקוב אחר הפעילות בכל אלקטרודה באמצעות כונן המיקרו הממונע. הכנס לאט את מערך האלקטרודות עד שנרשמת פעילות מונעת אקוסטית על שלוש האלקטרודות הדיסטליות ביותר בכל שוק. לאחר מכן בצע את פרוטוקול הגירוי האקוסטי באמצעות 300 חזרות של פרצי רעש לבן של 50 אלפיות השנייה עם קצב חזרה של שנייה אחת ב-70 דציבלים, ורשום את הפעילות מרובת היחידות בכל אלקטרודה בקצב דגימה של 24.4 קילו-הרץ.
הכנס לאט את מערך האלקטרודות למשך 200 מיקרון נוספים לתוך הקוליקולוס התחתון כדי למקם כל אלקטרודה בערך באותו מיקום כמו האלקטרודה הדיסטלית יותר ממצב ההקלטה הראשוני. לאחר מכן חזור על פרוטוקול הגירוי האקוסטי וההקלטה העצבית. המשך להכניס את מערך האלקטרודות למאה צעדים מיקרוניים ובצע את פרוטוקול הגירוי האקוסטי וההקלטה העצבית עד שכל האלקטרודות הקליטו פעילות מונעת אקוסטית משלושה מיקומים לפחות.
לאחר מכן, החזר את מערך האלקטרודות בצעדים של 200 מיקרון והמשך לבצע את פרוטוקול הגירוי האקוסטי וההקלטה העצבית עד להשגת מיקום מערך האלקטרודות הראשוני. לאחר מכן משוך בזהירות את מערך האלקטרודות באופן ידני. בהליך זה, שטפו בעדינות את מערך האלקטרודות במים מזוקקים כדי להסיר כל זיהום.
לאחר מכן חבר את מערך האלקטרודות לסטטיסטיקה פוטנציאלית. הנח בזהירות את מערך האלקטרודות בתמיסת הבדיקה והדק למקומו. לאחר מכן, חבר את המונה ואלקטרודות הייחוס לסטטיסטיקה הפוטנציאלית באמצעות הסטטיסטיקה הפוטנציאלית.
בצע ספקטרוסקופיה של עכבה אלקטרוכימית רציפה, וטלמטריית ווליום מחזורית על כל האלקטרודות. זמן שקט של שנייה אחת משמש בין כל בדיקה. כל 32 האלקטרודות נמצאות במגע עם התמיסה למשך מפגש בדיקה מלא של שעה.
לאחר מכן, הסר את מערך האלקטרודות מתמיסת הבדיקה ושטוף בעדינות במים נטולי יונים. הנח את מערך האלקטרודות בתמיסת ניקוי אנזימטית למשך 24 שעות. לאחר מכן חזור על ההליכים שוב לפני אחסון הגשושית במיכל מגן יבש כדי למנוע נזק והשפלה של משטח האלקטרודה.
איור זה מראה את ההיסטוגרמה של זמן הגירוי הפרי שנמדדה בכל אלקטרודה בממוצע מעל 300 חזרות ב-70 דציבלים, רעש לבן באפס מיקרון ועומקי החדרה של 800 מיקרון בקוליקולוס התחתון. האלקטרודות המצופות מסומנות בכוכבית, ואיור זה מציג את נתוני הזרימה הנמדדים בכל אלקטרודה עם התפרצויות רעש לבן של 70 דציבלים באפס מיקרון ועומקי החדרה של 800 מיקרון בקוליקולוס התחתון. האלקטרודות המקודדות מסומנות בכוכבית.
יחס האות לרעש במהלך החדרה ונסיגה של מערך האלקטרודות לקוליקולוס התחתון מוצג כאן. 70 דציבלים. רעש לבן באלקטרודה הלא מצופה המייצגת מסומן על ידי הקו המקווקו, והאלקטרודה המצופה פולימר מוליך מסומנת על ידי הקו המוצק המוצג כאן הן רמות לחץ קול שונות של 40 עד 70 דציבלים על פולימר מוליך מצופה בעקבות פרוטוקול זה.
ניתן ליישם שיטות אחרות כמו ספקטרוסקופיה של אלקטרונים צילום רנטגן וספקטרומטריית מסה כדי להבין את הסוגים השונים של חלבונים הנספגים על משטח אלקטרודה וכיצד החומרים השונים עשויים להשפיע עליהם.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
מאמר זה מציג שיטה להערכת ציפויים שונים של אלקטרודות המשמשות להקלטה עצבית. הוא מדגיש את השפעתם של ציפויים אלו על תכונות אלקטרוכימיות, כימיות ומכניות, ודן באתגרים הכרוכים בהשוואות in vivo.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום המדע
- מדעי המוח
- אלקטרופיזיולוגיה
- הנדסה עצבית
רקע
- ציפויים של אלקטרודות עשויים להשפיע באופן משמעותי על ביצועי ההקלטה העצבית.
- השוואות in vitro הן פשוטות, בעוד שהערכות in vivo הן מורכבות.
- הבנת הבדלים אלו היא קריטית לשיפור שתלים עצביים.
- מחקר זה מתמקד בגישה שיטתית להערכת אלקטרודות.
מטרת המחקר
- זיהוי האלקטרודה האופטימלית להקלטה עצבית חדה.
- הערכת ההשפעות של ציפויים פולימריים מוליכים אורגניים על אלקטרודות.
- השוואה בין אלקטרודות באמצעות טכניקות אנליטיות שונות.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- שינוי של אלקטרודות חשופות באמצעות פולימרים מוליכים אורגניים.
- בדיקה במקום (in vitro) של תכונות האלקטרודה.
- הקלטה עצבית אקוטית במודל חולדה.
- בדיקה חוזרת של האלקטרודות במקום (in vitro) לבחינת יציבות ביולוגית.
תוצאות עיקריות
- השוואה בין אלקטרודות שונות חשפה הבדלים מרכזיים בביצועים.
- ניתוחים אלקטרופיזיולוגיים ואלקטרוכימיים סיפקו תובנות לגבי תכונות האלקטרודה.
- שינויים בציפוי הובילו לווריאציות באיכות ההקלטה.
- תוצאות in vivo הדגישו את חשיבות המרחק בין האלקטרודה לנוירון.
מסקנות
- המחקר מציע שיטה חסונה להערכת אלקטרודות להקלטה עצבית.
- הממצאים יכולים להנחות פיתוח של שתלים עצביים משופרים.
- מחקרים עתידיים צריכים להתמקד באופטימיזציה של עיצובי אלקטרודות לביצועים טובים יותר.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
הערכה אלקטרוכימית ואלקטרופיזיולוגית שיטתית של אלקטרודות להקלטה עצבית נותנת מענה לפער קריטי בבחירה רציונלית של שתלים ובאופטימיזציה של חומרים עבור מו"פ בתחום הנוירוטכנולוגיה. באמצעות קורלציה בין מדדי ביצועים in vitro ל-in vivo, פרוטוקול זה מגביר את הביטחון החזוי בתכנון האלקטרודות ותומך בהחלטות קידום מותאמות סיכון בשרשראות הפיתוח של ממשקים עצביים. גישה זו מאפשרת לצוותים ארגוניים לתעדף מועמדים לאלקטרודות על בסיס נתונים כמותיים הניתנים לשחזור, הרלוונטיים לפיתוח טרנסלציונלי ופרה-קליני.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביופארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- מאפשרת בחינה של תכונות חומר האלקטרודה המשפיעות על נאמנות האות העצבי והיציבות הביולוגית.
- תומכת בתיקוף תפקודי של תכנוני אלקטרודות באמצעות מדידה ישירה של יחס אות לרעש ועכבה.
- מסייעת בהפחתת סיכונים מכניסטיים על ידי בידוד משתני חומר ותכנון בסביבות מבוקרות.
סריקה ופיתוח בדיקה
- מספק זרימות עבודה סטנדרטיות לבדיקות in vitro ו-in vivo להערכה השוואתית של אלקטרודות.
- מספק פלטיQuantitative שחזירים, כגון ספקטרא של עכבה והקלטות אלקטרופיזיולוגיות.
- מאפשר סריקה ניתנת להרחבה של חומרים וציפויים חדשים לאלקטרודות עבור פלטפורמות נוירוטכנולוגיות שלב הבא.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- מתאימה את מדדי ביצועי האלקטרודות לדרישות הקלטה עצבית הרלוונטיות למחלה.
- תומכת ברציפות משלב הערכת החומרים בשלב הגילוי ועד לתיקוף ממשקים עצביים פרה-קליניים.
- מפחיתה סיכון תרגומי על ידי קורלציה בין תגובות אלקטרודות in vitro לבין תגובות in vivo.
שילוב תהליכי עבודה וצינורות עיבוד
פרוטוקול זה משלב שלבים החל מגילוי מוקדם, דרך זיהוי מובילים ועד לתיקוף פרה-קליני בפיתוח ממשקים עצביים.
- ביולוגיה של הגילוי: בדיקה כמותית של תכונות האלקטרודה מסייעת בבחירת חומרים מבוססת היפותזה ובבירור נתיבים.
- סריקה: בדיקות עכבה ואסאיים אלקטרופיזיולוגיים סטנדרטיים מאפשרים השוואה הדירה בין מועמדים שונים לאלקטרודות.
- אנליטיקה: מספקת מדידות חסונות של יחס אות לרעש ועכבה לצורך קבלת החלטות מבוססות נתונים.
- מחקר תרגומי: מקשר בין נתונים in vitro ו-in vivo כדי לתמוך ברצף פרה-קלני ובהתאמה של ביו-מרקרים.
- שימוש חוזר ארגוני: פרוטוקול גמיש התומך בהערכה של חומרים ועיצובים מגוונים של אלקטרודות על פני פרויקטים שונים.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החזוי ומפחית עמימות מכניסטית בבחירת אלקטרודות.
- ערך תפעולי: מסמך את הבדיקות, משפר את השחזוריות ותומך בסריקת אלקטרודות ניתנת להרחבה.
- ערך אסטרטגי: מאפשר קבלת החלטות מושכלת לגבי המשך הפרויקט (go/no-go) ומפחית סיכון ביולוגי בשלבים מאוחרים בתיקי ממשקים עצביים.
- השפעה על הפורטפוליו: תומך בתעדוף מותאם סיכונים וקידום של מועמדים לאלקטרודות.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות באלקטרוכימיה, אלקטרופיזיולוגיה וניתוחים נוירולוגיים.
- מחייב גישה למכשור אנליטי לספקטרוסקופיית עכבה ולהקלטות אלקטרופיזיולוגיות.
- מחייב סטנדרטיזציה של פרוטוקולי בדיקה וניתוח נתונים בין צוותים שונים.
- ניתן להתאמה לחומרים שונים של אלקטרודות, לציפויים ולאזורי מטרה נוירולוגיים שונים.
- מגבלות פוטנציאליות כוללות שונות במודלים של בעלי חיים ובמיקום האלקטרודות.
