Name: ממשק העצבים ההיקפי הרגנרטיבי של שרוול השריר להגברה של אותות עצביים היקפיים שלמים (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-01-13T15:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 30 s
Description: חקור את ממשק העצבים ההיקפי הרגנרטיבי של שרוול השריר (MC-RPNI) להגברת אותות עצביים וזיהוי כוונת תנועה. שיטה ביולוגית זו משפרת את בקרת אקזוסקלטונים ממונעים לשיקום תפקוד מוטורי.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

המחברים מודים לג'אנה מון על ניהול המעבדה המומחה והסיוע הטכני שלה ולצ'ארלס הוואנג על מומחיותו בהדמיה. הניסויים במאמר זה מומנו בחלקם באמצעות מענקי הקרן לכירורגיה פלסטית ל- SS (3135146.4) כמו גם המכון הלאומי לבריאות הילד והתפתחות האדם תחת פרס מספר 1F32HD100286-01 ל- SS, והמכון הלאומי לדלקת פרקים ומחלות שלד ושריר ועור של המכונים הלאומיים לבריאות תחת פרס מספר P30 AR069620.

כל ההליכים והניסויים בבעלי חיים בוצעו באישור הוועדה המוסדית לטיפול ושימוש בבעלי חיים של אוניברסיטת מישיגן (IACUC). זכרים ונקבות פישר F344 וחולדות לואיס (~200-300 גרם) בגיל 3-6 חודשים משמשים לעתים קרובות ביותר בניסויים, אך באופן תיאורטי ניתן להשתמש בכל זן. אם משתמשים בחולדות תורמות במקום בשתלי שריר אוטולוגיים, חולדות תורמות חייבות להיות איזוגניות לזן הניסיוני. לחולדות מותרת גישה חופשית למזון ולמים לפני ואחרי הניתוח. לאחר הערכות של נקודות קצה סופניות, המתת חסד מבוצעת בהרדמה עמוקה עם הזרקת אשלגן כלוריד תוך לבבית ואחריה שיטה משנית של פנאומוטורקס דו-צדדי.
1. הכנה ניסיונית של החולדה
<ol><li>הרדימו את החולדה הניסיונית תוך שימוש בתמיסה של 5% איזופלורן בחמצן בטמפרטורה של 0.8-1.0 ליטר/דקה בתא אינדוקציה. לאחר שהושגה הרדמה מספקת ואושרה בהיעדר רפלקס הקרנית, הניחו את החולדה על חרוט אף עם איזופלורן שהונמך ל 1.75%-2.25% לתחזוקת הרדמה.</li>
	<li>להזריק תמיסה של 0.02-0.03 מ"ל קרפרופן (50 מ"ג/מ"ל) ב 0.2 מ"ל של מלח סטרילי עם מחט 27 גרם במישור התת עורי בין השכמות עבור משכך כאבים peri ו לאחר הניתוח.</li>
	<li>יש למרוח משחת עיניים סטרילית על שתי העיניים כדי למנוע כיבים בקרנית בזמן ההרדמה.</li>
	<li>באמצעות סכין גילוח חשמלי, לגלח את החלק הצדדי של הגפיים התחתונות הדו-צדדיות, המשתרע ממפרק הירך, מעל הירך ועד למשטח הגבי של הכפה.</li>
	<li>לעקר את האתר הכירורגי על ידי ניגוב תחילה עם כרית הכנה לאלכוהול, ולאחר מכן יישום תמיסת פובידון-יוד, המסתיים בניקוי סופי עם כרית הכנה חדשה לאלכוהול כדי להסיר את תמיסת הפובידון-יוד השיורית. חזור על תהליך ניקוי לסירוגין זה שלוש פעמים כדי לשמור על סטריליות. הערה: זה יכול להיות מגרה דרמטולוגית; ודא שרוב הפתרון יוסר.</li>
</ol>2. הכנת שתל השריר
<ol><li>הניחו את החולדה על כרית חימום מתחת למיקרוסקופ כירורגי עם בדיקת טמפרטורת גוף אינטרה-אוראלית לבחירה לניטור טמפרטורת הגוף. לשמור על איזופלוראן ב-1.75%-2.25% וחמצן ב-0.8-1.0 ליטר/דקה.</li>
	<li>בצע חתך אורכי לאורך ההיבט הקדמי של התורם הרצוי המשתרע ממש מעל הקרסול עד ממש מתחת לברך עם אזמל #15.</li>
	<li>יש לנתח את הרקמה התת-עורית שמתחתיה באמצעות מספריים חדים של הקשתית כדי לחשוף את השרירים הבסיסיים ואת הגידים הדיסטליים הסמוכים רק פרוקסימליים למפרק הקרסול. טיביאליס קדמי (TA) הוא הגדול והקדמי ביותר של השרירים; ניתן למצוא את שריר ה-extensor digitorum longus (EDL) רק עמוק ואחורי לשריר זה. לבודד את שריר ה-EDL ואת הגיד הדיסטלי שלו מהשרירים שמסביב.</li>
	<li>הקפידו על בידוד של הגיד הנכון על ידי החדרת שני השיניים של מלקחיים או מספריים קשתית מתחת לגיד הדיסטלי רק פרוקסימלי למפרק הקרסול. מפעילים לחץ כלפי מעלה על הגיד על ידי פתיחת מלקחיים או מספריים קשתית. תנועה זו אמורה לייצר הרחבה סימולטנית של כל הבהונות בו זמנית. אם מתרחשת דורסיפלקסיה מבודדת של הקרסול, נסיגת קרסול או דורסיפלקסיה של בוהן בודדת, הגיד הלא נכון בודד.</li>
	<li>לבצע טנוטומיה דיסטלית של שריר ה- EDL ברמת הקרסול עם מספריים חדים של הקשתית ולנתח את השריר ללא הרקמות הסובבות אותו הפועלות באופן פרוקסימלי לעבר מקורו הגידי.</li>
	<li>לאחר הדמיה של הגיד הפרוקסימלי, בצע טנוטומיה פרוקסימלית תוך שימוש במספריים חדים של הקשתית כדי לשחרר את השתל.</li>
	<li>חותכים את שני קצוות הגידים של שתל השריר וחותכים לאורך הרצוי עם מספריים קשתית חדה. הערה: שתלים בגודל 8-13 מ"מ נוצלו בהצלחה; עם זאת, האורך הנפוץ ביותר בשימוש הוא 10 מ"מ.</li>
	<li>בצד אחד של השתלת השריר, לבצע חתך אורכי לאורך כל האורך החתוך כדי להקל על מיקום העצב בתוך השתלת השריר ולספק מגע של העצב עם אנדומיסיום.</li>
	<li>מניחים את שתל השריר המוכן בתוך גזה לחה מלוחה כדי למנוע התייבשות רקמות.</li>
	<li>סגרו את העור מעל אתר התורם עם תפר כרומי 4-0 בצורה רצה.</li>
</ol>3. בידוד והכנה של עצבים פרונאליים נפוצים
<ol><li>מסמנים את החתך הניתוחי, שישתרע מקו ~5 מ"מ מהחריץ הסיאטי, ויתרחב עד נחות למפרק הברך. ודא שסימון זה נחות מעצם הירך שניתן למשש למטה ומתרחק ממנה.</li>
	<li>חתך דרך העור והרקמות התת עוריות לאורך קו החתך המסומן עם להב #15. בזהירות לחדור דרך biceps femoris fascia התחתון, תוך הקפדה לא להאריך דרך כל עומק השריר כמו עצב sciatic נמצא ממש מתחת.</li>
	<li>בעזרת מספריים קטנים בעלי קצוות קהים או המוסטאט, יש לנתח בזהירות דרך שריר הירך האחורי. הערה: העצב הסיאטי נע בחלל זה שמתחת לשרירי הזרוע, בכיוון זהה בערך לחתך המסומן על העור. ישנם שלושה ענפי עצב סיאטיים בולטים: סוראלי (האחורי ביותר והקטן ביותר מבין העצבים), טיביאלי (בדרך כלל הקדמי ביותר, אך עצב זה תמיד צולל עמוק למפרק הברך), ופרונאלי נפוץ (בדרך כלל ממוקם בין טיביאלי לסוראלי, תמיד נע מעל מפרק הברך).</li>
	<li>זהה את העצב הפרוניאלי הנפוץ (CP) ובודד אותו בזהירות מהעצבים הסובבים אותו באמצעות זוג מיקרו-מלקחיים ומיקרו-מספריים. הסר כל רקמת חיבור המקיפה את העצב מ-2 ס"מ האמצעיים של העצב. היזהרו לא לרסק את עצב ה-CP עם מלקחיים בתהליך זה, שכן פציעת ריסוק עלולה לשנות את תוצאות נקודת הקצה.</li>
	<li>מעל החלק המרכזי ביותר של עצב ה- CP המשוחרר, בצע חלון אפינוריאלי על ידי הסרת 25% מהאפינוריום לאורך העצב התואם את האורך הרצוי של השתלת השריר.</li>
	<li>כדי לבצע זאת יש להחזיק את האפינוריום הפרוקסימלי עם מיקרו-מלקחיים, לחתוך לתוך האפיניאוריום מיד מתחת עם מספריים מיקרו-דיסקציה, ולהסיר ~25% מהאפינוריום הנע באופן דיסטלי לאורך העצב. הקפד להסיר קטע זה בחתיכה אחת, כמו ניסיונות מרובים יכולים לגרום להסרה אפינוריאלית לא סדירה, להגדיל את הסיכון לפגיעה עצבית. הערה: רקמת העצב שמתחת לאפיניוריום תהיה בעלת מרקם דמוי גו; ציון איכות זו של עצב מבטיח שמישור הרקמה הנכון הוסר.</li>
</ol>4. ייצור מבנה MC-RPNI
<ol><li>הסר את השתל השריר מהגזה הלחה במלח והניח אותו מתחת לחלק המרכזי של עצב ה- CP שבו נוצר החלון האפינוריאלי. סובבו את העצב ב-180° כך שמקטע החלון האפינוריאלי יגע בשריר שלם ולא יעמוד בבסיס קו התפר הסופי.</li>
	<li>באמצעות 8-0 תפר ניילון, תפר את האפינוריום של עצב ה-CP הן באופן פרוקסימלי והן באופן דיסטלי לשתל השריר בתוך החריץ שנוצר בשלב 2.8 באמצעות תפרים פשוטים שנקטעו כדי להבטיח אפינוריום לאנדומיסיום. הערה: הניחו תפרים אלה, וודאו שהשריר נמצא באורך מנוחה תקין. מתיחה או דחיסה של השריר יותר מדי עלולה להשפיע על יכולות ההתחדשות והאיתות בהמשך.</li>
	<li>עוטפים את קצוות השתל השרירי המקיפים את העצב והתפר המאובטחים כעת במקומם תוך שימוש פשוט מופרע 8-0 תפרים מניילון (~ 4-6 תלוי באורך).</li>
	<li>לאחר השגת המוסטזיס, סגור את biceps femoris fascia מעל המבנה עם 5-0 תפר כרומי בצורה ריצה.</li>
	<li>סגור את העור מעל העור בצורה פועלת עם תפר כרומי 4-0.</li>
	<li>יש לנקות את אזור הניתוח עם כרית הכנה לאלכוהול ולמרוח משחה אנטיביוטית.</li>
	<li>להפסיק את ההרדמה האינהלציונית ולהניח את החולדה בכלוב נקי מבודד מחברי הכלוב ולאפשר לה להתאושש עם מזון ומים.</li>
	<li>לאחר שהחולדה התאוששה כראוי, החזירו אותה עם בני זוג לכלוב בכלוב נקי. הערה: מבנים אלה דורשים הבשלה של שלושה חודשים לכל הפחות כדי לייצר הגברה מספקת של אות עצבי.</li>
</ol>

למחברים אין גילויים.

ה- MC-RPNI הוא מבנה חדשני המאפשר הגברה של פוטנציאל הפעולה של עצב מוטורי היקפי שלם על מנת לשלוט במדויק במכשיר אקסוסקלטון. באופן ספציפי, MC-RPNI מעניק יתרון מסוים לאותם אנשים עם חולשת גפיים הנגרמת על ידי מחלת שרירים משמעותית ו / או היעדר שריר שבו אותות EMG לא ניתן לרשום. צמצום תפקוד השרירים שכבר נפגע יהיה הרסני באוכלוסייה זו; עם זאת, ל- MC-RPNI יש את היכולת לספק את הגברת האות העצבי מבלי לפגוע בשריר52 בעל הפנימיות הדיסטלית (טבלה 1 וטבלה 2). אצל אותם אנשים עם מחלת נוי...

בארצות הברית לבדה, כ-130 מיליון בני אדם סובלים מהפרעות עצביות-שריריות ושלד-שריר, וכתוצאה מכך להשפעה כלכלית שנתיתשל יותר מ-800 מיליארד דולר. קבוצה זו של הפרעות היא בדרך כלל משנית לפתולוגיה בתוך מערכות העצבים, בצומת הנוירומוסקולרי, או בתוך השריר עצמו3. למרות מגוון המקורות הפתולוגיים, הרוב חולקים מידה מסוימת של חולשה קיצונית 1,3. למרבה הצער, חולשה זו היא לעתים קרובות קבועה בהתחשב במגבלות התחדשות רקמת העצבים והשריר, במיוחד במצב של טראומה קשה 4,5,6.
אלגוריתמים לטיפול בחולשת גפיים התמקדו באופן קלאסי באמצעים שיקומיים ותומכים, לעתים קרובות תוך הסתמכות על רתימת היכולות של הגפיים שנותרו שלמות (קנים, כסאות גלגלים וכו '). 7. אסטרטגיה זו נופלת, עם זאת, עבור אלה שחולשתם אינה מוגבלת לקיצוניות אחת. עם החידושים האחרונים בטכנולוגיות רובוטיות, פותחו מכשירי exoskeleton מתקדמים המשחזרים פונקציונליות גפיים לאלה החיים עם חולשת גפיים 8,9,10,11,12,13. אקסוסקלטון רובוטי זה הוא לעתים קרובות מכשירים לבישים המופעלים על ידי מכשירים לבישים שיכולים לסייע בייזום והפסקת תנועה או שמירה על מיקום הגפיים, ומספקים כמות משתנה של כוח שניתן להתאים אישית למשתמש 8,9,10,11,12,13 . התקנים אלה מסווגים כפאסיביים או אקטיביים בהתאם לאופן שבו הם מספקים סיוע מוטורי למשתמש: התקנים אקטיביים מכילים מפעילים חשמליים המגבירים את הכוח למשתמש, ואילו מכשירים פסיביים אוגרים אנרגיה מתנועות המשתמש על מנת לשחרר אותה בחזרה למשתמש בעת הצורך14. מכיוון שלמכשירים פעילים יש את היכולת להגדיל את יכולות ההספק של המשתמש, מכשירים אלה מנוצלים לעתים קרובות הרבה יותר בהגדרה של חולשת גפיים[14].
על מנת לקבוע את הכוונה המוטורית באוכלוסייה זו, אקסוסקלטון מודרני מסתמך בדרך כלל על אלגוריתמים לזיהוי תבניות שנוצרו מאלקטרומיוגרפיה (EMG) של שרירי גפיים דיסטליים 8,15,16,17 או מאלקטרואנצפלוגרפיה של פני השטח (sEEG) של המוח18,19,20 . למרות ההבטחה של שיטות זיהוי אלה, לשתי האפשרויות יש מגבלות משמעותיות המונעות שימוש נרחב במכשירים אלה. כאשר sEEG מזהה אותות ברמת מיקרו-וולט באופן טרנס-גולגולתי18,19,20, הביקורות מתמקדות לעתים קרובות בחוסר היכולת להבדיל בין אותות אלה לבין רעשי רקע21. כאשר רעשי הרקע דומים לאות ההקלטה הרצוי, הדבר מייצר יחסי אות לרעש (SNR) נמוכים, וכתוצאה מכך זיהוי מנוע לא מדויקוסיווג 22,23. זיהוי אותות מדויק מסתמך גם על מגע קרקפת יציב בעל עכבה נמוכה21, אשר יכול להיות מושפע באופן משמעותי מנוכחות של שיער גס/עבה, פעילות המשתמש ואפילוהזעה של 22,24. לעומת זאת, אותות EMG גדולים בכמה סדרי גודל באמפליטודה, מה שמאפשר דיוק זיהוי אותות מנועגדול יותר 15,18,25. עם זאת, יש לכך מחיר, שכן שרירים סמוכים יכולים לזהם את האות, מה שמקטין את דרגות החופש שניתן לשלוט בו על ידי המכשיר 16,17,25 וחוסר יכולת לזהות תנועת שרירים עמוקה25,26,27,28. והכי חשוב, EMG לא יכול לשמש כשיטת בקרה כאשר יש פגיעה משמעותית בשרירים והיעדר מוחלט של רקמה29.
על מנת לקדם את הפיתוח של אקסוסקלטון רובוטי, נדרש זיהוי עקבי ומדויק של כוונת המנוע של המשתמש המיועד. ממשקים המנצלים את מערכת העצבים ההיקפית נוצרו כטכניקת ממשק מבטיחה, בהתחשב בגישה הפשוטה יחסית שלהם ובסלקטיביות התפקודית שלהם. שיטות התממשקות העצבים ההיקפיות הנוכחיות יכולות להיות פולשניות או לא פולשניות ובדרך כלל נופלות באחת משלוש קטגוריות: אלקטרודות חוץ-עצביות 30,31,32,33, אלקטרודות תוך-גולגולתיות 34,35,36 ואלקטרודות חודרות37,38,39,40 . מכיוון שאותות עצביים היקפיים הם בדרך כלל ברמה של מיקרו-וולטים, זה יכול להיות קשה להבדיל בין אותות אלה לבין רעשי רקע משרעת דומים41,42, מה שמפחית את יכולות הדיוק הכוללות של זיהוי המנוע של הממשק. יחסי אות לרעש נמוכים אלה (SNR) מחמירים לעתים קרובות עם הזמן באופן משני להחמרה בעכבת האלקטרודה 43 הנוצרת מפירוק של המכשיר39,43, או מתגובת גוף זר מקומית המייצרת רקמת צלקת סביב המכשיר ו/או ניוון אקסונאלי מקומי 37,44. למרות שבדרך כלל ניתן לפתור חסרונות אלה באמצעות הפעלה חוזרת והשתלה של ממשק עצבי היקפי חדש, אין זה פתרון בר קיימא לטווח ארוך מכיוון שתגובות הקשורות לגוף זר ימשיכו להתרחש.
כדי להימנע מתגובות רקמות מקומיות אלה הנוצרות מאינטראקציה של עצבים היקפיים עם ממשקים אביוטיים, יש צורך בממשק המשלב מרכיב ביולוגי. כדי להתמודד עם חסרון זה, ממשק העצבים ההיקפיים הרגנרטיביים (RPNI) פותח כדי לשלב עצבים היקפיים מותמרים בגפיים השיוריות של אלה עם קטיעות עם התקנים תותבים45,46,47,48. ייצור ה- RPNI כרוך בהשתלה כירורגית של עצב היקפי מותמר לתוך מקטע של השתלת שריר חופשית אוטולוגית, עם רה-וסקולריזציה, התחדשות והתחדשות המתרחשים לאורך זמן. באמצעות יצירת פוטנציאל פעולה של שרירים מורכבים ברמת מילי-וולט (CMAPs), ה-RPNI מסוגל להגביר את אות רמת המיקרו-וולט של העצב המוכל שלו בכמה סדרי גודל, מה שמקל על זיהוי מדויק של כוונה מוטורית45,48,49. בעשור האחרון חלה התפתחות משמעותית של ה-RPNI, עם הצלחה ניכרת בהגברה והעברה של אותות עצביים מוטוריים יעילים הן בניסויים בבעלי חיים50,51 והן ב-47 ניסויים בבני אדם, מה שמקל על בקרת מכשירים תותבים ברמת דיוק גבוהה עם דרגות חופש מרובות.
אנשים עם חולשת גפיים אך עצבים היקפיים שלמים ייהנו באופן דומה מזיהוי מדויק של כוונה מוטורית דרך ממשקי עצב היקפיים על מנת לשלוט במכשירי אקסוסקלטון. מכיוון שה- RPNI פותח לשילוב עם עצבים היקפיים מועברים, כגון אצל אנשים עם קטיעות, היה צורך בשינויים כירורגיים. בהתבסס על ניסיון עם RPNI, פותח ממשק העצבים ההיקפי רגנרטיבי של שרוול השרירים (MC-RPNI). הוא מורכב מקטע דומה של השתלת שריר חופשי כמו ב-RPNI, ובמקום זאת הוא מאובטח באופן היקפי לעצב היקפי שלם (איור 1). עם הזמן, הוא מתחדש ומתחדש באמצעות הנבטה אקסונלית בטחונית, הגברה ותרגום של אותות עצביים מוטוריים אלה לאותות EMG הגדולים בכמה סדרי גודלשל 52. מכיוון שה- MC-RPNI הוא ביולוגי במקורו, הוא מונע את תגובת הגוף הזר הבלתי נמנעת המתרחשת עם ממשקי העצבים ההיקפיים הנמצאים כיום בשימוש52. יתר על כן, ה- MC-RPNI מקנה את היכולת לשלוט בדרגות חופש מרובות בו זמנית מכיוון שניתן למקם אותם על עצבים מנותקים דיסטלית לשרירים בודדים ללא דיבור צולב משמעותי, כפי שהוכח בעבר ב- RPNIs49. לבסוף, MC-RPNI יכול לפעול ללא תלות בתפקוד השרירים הדיסטליים כפי שהוא ממוקם על העצב הפרוקסימלי. בהתחשב ביתרונותיו על פני ממשקי העצבים ההיקפיים הנוכחיים, ה- MC-RPNI טומן בחובו הבטחה משמעותית לספק שיטה בטוחה, מדויקת ואמינה לבקרת אקסוסקלטון.

<table><tbody><tr><td>#15 אזמל</td><td>אספן כירורגי בע"</td>מ <td>371115</td><td>להבים כירורגיים מפלדת פחמן עם גב צלעות (#15)</td></tr><tr><td>תא עומס סרט דק 2-N (S100)</td><td>התקני מדידת מתח, Inc</td><td>SMD100-0002</td><td>מודד כוח שנוצר על ידי השריר המחובר</td></tr><tr><td>4-0 תפר כרומי</td><td>אתיקון</td><td>מק"ט# 1654G</td><td>P-3 מחט חיתוך הפוכה</td></tr><tr><td>5-0 תפר כרומי</td><td>אתיקון</td><td>מק"ט# 687G</td><td>P-3 מחט חיתוך הפוכה</td></tr><tr><td>8-0 תפר מונופילמנט</td><td>AROתפר</td> מונופילמנט פוליאמיד שחור <td>T06A08N14-13</td><td>על מחט מחודדת עם הברגה</td></tr><tr><td>חולדות ניסיוניות</td><td>Envigo</td><td>F344-NH-sd</td><td>חולדות הן מלקחיים עדינים של פישר F344 -</td></tr><tr><td>גימור מראה</td><td>Fine Science Tools</td><td>11413-11</td><td>מלקחיים בעלי קצה עדין עם גימור מראה אידיאלי לטיפול במבנים עדינים כמו עצבים</td></tr><tr><td>Fluriso (Isofluorane)</td><td>VetOne</td><td>13985-528-40</td><td></td></tr><tr><td>ג'יג מדידת כוח</td> הרדמה בשאיפה <td>סלע אדום</td><td>n/a</td><td>ג'יג מדידת כוח בעיצוב מותאם אישית המאפשר קיבוע של הגפה האחורית כדי לאפשר הקלטה מדויקת של כוח השרירים</td></tr><tr><td>תוכנת MATLAB</td><td>Mathworks, Inc</td><td>PR-MATLAB-MU-MW-707-NNU</td><td>מחשבת כוח פעיל עבור כל עקבות כוח מתועדים מכוח פסיבי וכולל מדידות</td></tr><tr><td>Nicolet Viasys EMG EP System</td><td>Nicolet</td><td>MFI-NCL-VIKING-SELECT-2CH-EMG</td><td>מערכת EMG ניידת והקלטת אותות עצבים המסוגלת להקליט בו זמנית 2 ערוצים מעצבים ו/או שרירים</td></tr><tr><td>גזים קריוגניים</td><td>חמצן</td><td>UN1072</td><td>מיכלי חמצן סטנדרטיים בדרגה רפואית</td></tr><tr><td>אשלגן כלורי</td><td>APP Pharmaceuticals</td><td>63323-965-20</td><td>צורה להזרקה, 2 mEq/mL</td></tr><tr><td>Povidone Iodine USP</td><td>MediChoice</td><td>65517-0009-1</td><td>10% תמיסה מקומית, יכול להשתמש בבקבוק אחד להכנות כירורגיות מרובות</td></tr><tr><td>Puralube Vet משחה אופטלמית</td><td>Dechra</td><td>17033-211-38</td><td>משחת מגן קרנית לשימוש במהלך ההליך</td></tr><tr><td>רימדיל (קפרופן)</td> <td>Zoetis, Inc.</td><td>NADA# 141-199</td><td>צורה להזרקה, מיקרוסקופ סטריאו 50 מ"ג/מ"ל</td></tr><tr><td></td><td>Leica</td><td>דגם M60</td><td>המשתמש יכול להתאים את ההגדלה לפי העדפתו</td></tr><tr><td>מכשירים כירורגיים</td><td>כלי מדע עדינים</td><td></td><td>משתמשים שונים יכולים לבחור מכשירים לפי העדפה אישית או ממה שזמין כיום במעבדה שלהם</td></tr><tr><td>משחה אנטיביוטית משולשת</td><td>MediChoice</td><td>39892-0830-2</td><td>המשחה מגיעה בחבילות סטריליות וחד פעמיות</td></tr><tr><td>Vannas Spring Scissors - 2 מ"מ חדשני</td><td>Fine Science Tools</td><td>15000-04</td><td>מספריים מיקרו-דיסקציה מעוקלים המשמשים לביצוע החלון האפינוריאלי</td></tr><tr><td>VaporStick 3</td><td>Surgivet</td><td>V7015</td><td>מגדל הרדמה עם מקום לאיזופלואורן ומיכל חמצן</td></tr><tr><td>Webcol Alcohol Prep</td><td>Coviden</td><td>Ref 6818</td><td>מגבוני הכנה לאלכוהול; השתמש במגבון חדש לכל הכנה</td></tr></tbody></table>

ממשק העצבים ההיקפי הרגנרטיבי של שרוול השריר להגברה של אותות עצביים היקפיים שלמים

The Muscle Cuff Regenerative Peripheral Nerve Interface for the Amplification of Intact Peripheral Nerve Signals

אקסוסקלטון רובוטי זכה לאחרונה לשבחים בתחום הרפואה השיקומית כשיטה מבטיחה לשיקום תפקודי עבור אותם אנשים עם חולשת גפיים. עם זאת, השימוש בהם נותר מוגבל במידה רבה למוסדות מחקר, הפועלים לעתים קרובות כאמצעי לתמיכה בגפיים סטטיות מכיוון ששיטות זיהוי מוטוריות נותרות לא אמינות. ממשקי עצבים היקפיים נוצרו כפתרון פוטנציאלי לחסרון זה; עם זאת, בשל האמפליטודות הקטנות מטבען, אותות אלה יכולים להיות קשים להבחנה מרעשי רקע, מה שמוריד את דיוק זיהוי המנוע הכולל שלהם. מכיוון שהממשקים הנוכחיים מסתמכים על חומרים אביוטיים, פירוק חומרים מובנה יכול להתרחש לצד תגובת רקמות גוף זרות לאורך זמן, מה שמשפיע עוד יותר על הדיוק שלהם. ממשק העצבים ההיקפי הרגנרטיבי של שרוול השרירים (MC-RPNI) תוכנן להתגבר על סיבוכים אלה שצוינו. המבנה מורכב מקטע של השתלת שריר חופשית המובטחת באופן היקפי לעצב היקפי שלם, ומתחדש ומתחדש על ידי העצב הכלול עם הזמן. בחולדות, מבנה זה הדגים את היכולת להגביר את פוטנציאל הפעולה המוטורי של עצב היקפי עד פי 100 מהערך הרגיל באמצעות יצירת פוטנציאלים של פעולת שרירים מורכבים (CMAPs). הגברת אות זו מאפשרת זיהוי דיוק גבוה של כוונת המנוע, מה שעשוי לאפשר ניצול אמין של התקני אקסוסקלטון.

ייצור כירורגי MC-RPNI נחשב לכשל פרי-ניתוחי אם חולדות אינן שורדות את הופעתן מהרדמה כירורגית או מפתחות זיהום תוך שבוע מהניתוח. מחקרים קודמים הצביעו על כך שתקופת הבשלה של 3 חודשים תביא להגברת אות אמינה ממבנים אלה42,45,48,49. באותו זמן או לאחר מכן, חשיפה כירורגית של מבנים והערכה יכולה להתרחש. אם ייצור MC-RPNI הצליח, שרירים שעברו רה-וסקולריזציה אמורים להיות גלויים בקלות באתר ההשתלה המקורי של MC-RPNI...

כתב יד זה מספק שיטה חדשנית לפיתוח ממשק עצבי היקפי ביולוגי המכונה ממשק עצבי היקפי רגנרטיבי של שרוול השרירים (MC-RPNI). מבנה כירורגי זה יכול להגביר את האותות המוטוריים של העצב ההיקפי הקשור אליו כדי להקל על זיהוי מדויק של כוונה מוטורית ושליטה פוטנציאלית במכשירי אקסוסקלטון.

Robotic exoskeletons have gained recent acclaim within the field of rehabilitative medicine as a promising modality for functional restoration for those ...

אותות עצביים פיזיולוגיים הם ברמה של מיקרו-וולטים, שהיא קטנה מכדי להקליט עם אלקטרודות הזמינות כיום באופן אמין. ה- MC-RPNI יכול להתממשק עם עצבים היקפיים שלמים, להגביר את האותות הקטנים למעלה ממאה פעמים כדי להקל על זיהוי אמין ומדויק של כוונת המנוע. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא האופי הביולוגי שלה.הוא יכול להתממשק עם עצבים היקפיים שלמים לטווח ארוך מבלי לגרום להשפעה מזיקה על העצב עצמו או על מטרות שרירים פנימיים דיסטליים. מכשירי אקסוסקלטון מופעלים המסוגלים להחזיר את התפקוד לבעלי חולשת גפיים מנוצלים לעתים רחוקות למלוא הפוטנציאל שלהם בשל חוסר יכולת לזהות כוונת מנוע באופן אמין ומדויק. בשל יכולות הגברת אות העצבים הביולוגי שלו, RPNI שרוול השרירים הוא התשובה לחסרונות אלה.בצע חתך אורכי לאורך ההיבט הקדמי של התורם הרצוי, המשתרע ממש מעל הקרסול עד ממש מתחת לברך עם אזמל מספר 15. נתחו את הרקמה התת עורית הבסיסית עם מספריים חדים של הקשתית כדי לחשוף את השרירים התחתונים ואת הגידים הדיסטליים רק פרוקסימליים למפרק הקרסול. לבודד את שריר ה-EDL ואת הגיד הדיסטלי שלו מהשרירים שמסביב.הקפידו על בידוד של הגיד הנכון על ידי החדרת שני השיניים של מלקחיים או מספריים קשתית מתחת לגיד הדיסטלי רק פרוקסימלי למפרק הקרסול. פתח את המלקחיים או המספריים כדי להפעיל לחץ כלפי מעלה על הגיד. לבצע טנוטומיה דיסטלית של שריר ה-EDL ברמת הקרסול עם מספריים חדים של הקשתית ולנתח את השריר ללא הרקמות הסובבות אותו בעבודה פרוקסימלית לעבר מקורו הגידי.לאחר הדמיה של הגיד הפרוקסימלי, בצע טנוטומיה פרוקסימלית עם מספריים חדים של הקשתית כדי לשחרר את השתל, לחתוך את שני הקצוות הגידים של השתלת השריר ולחתוך לאורך הרצוי עם מספריים קשתית חדה. בצע חתך אורכי לאורך כל האורך החתוך בצד אחד של שתל השריר כדי להקל על מיקום העצב בתוך שתל השריר ולספק מגע של העצב עם האנדומיסיום. מניחים את שתל השריר המוכן בתוך גזה לחה מלוחה כדי למנוע התייבשות רקמות.מסמנים את החתך הניתוחי, המשתרע מקו של כ-5 מילימטרים מהחריץ הסיאטי ועד למפרק הברך התחתון. חותכים דרך העור והרקמות התת עוריות לאורך קו החתך המסומן עם להב מספר 15. חותכים בזהירות דרך החיתולית הירך הבסיסית, תוך הקפדה שלא להתארך דרך כל עומק השריר כאשר העצב הסיאטי נמצא ממש מתחת.לאחר מכן נתחו בזהירות דרך שריר הירך האחורי עם מספריים קטנים קהים או המוסטאט. זהה את עצב הנקבים או ה-CP הנפוץ ובודד אותו בזהירות מהעצבים הסובבים אותו באמצעות זוג מיקרו-מלקחיים ומיקרו-מספריים. הסר כל רקמת חיבור סביב מן האמצעי 2 ס"מ של העצב, נזהר לא למחוץ את העצב.החזיקו את האפינוריום הפרוקסימלי עם מיקרו מלקחיים מעל החלק המרכזי ביותר של עצב ה-CP המשוחרר וחתכו את האפינוריום באופן מיידי עם מספריים של מיקרו-דיסקציה. לאחר מכן, סעו באופן דיסטלי לאורך העצב כדי ליצור חלון אפינוריאלי התואם את אורך השתלת השריר ולהסיר כ-25% מהאפינוריום. הקפד להסיר קטע זה בחתיכה אחת.הסר את השתל השריר מהגזה הלחה במלח והניח אותו מתחת לחלק המרכזי של עצב ה- CP שבו נוצר החלון האפינוריאלי. סובבו את העצב ב-180 מעלות כך שמקטע החלון האפינוריאלי ייגע בשריר השלם ולא יעמוד בבסיס קו התפר הסופי. לתפור את אפינוריום העצבים CP עם 8-O תפר ניילון באופן פרוקסימלי ודיסטלי לשתל השריר בתוך החריץ עם תפרים פשוטים שנקטעו כדי להבטיח אפינוריום לאנדומיסיום.היקף עוטף את הקצוות בשתל השריר המקיף את העצב והתפר המאובטחים כעת במקום עם 8-O מופרע תפרים מניילון. לאחר השגת המוסטזיס, סגרו את החיתולית הירך מעל המבנה עם תפר כרומי 5-O בצורה רצה. סגרו את העור עם תפר כרומי 4-O בצורה רצה.צביעת H&E של חתך MC-RPNI מראה את השריר והעצב. חתך רוחב של שריר ה-EDL האיפסילטרלי המופנם באופן דיסטלי בחולדה עם MC-RPNI הדגים רקמת עצב ושריר בני קיימא ללא פיברוזיס או הצטלקות משמעותיים בהשוואה לחתך בחולדת ביקורת ללא MC-RPNI. אימונוהיסטוכימיה של חתך אורך של דגימת MC-RPNI מראה גרעינים מוכתמים בכחול עם DAPI ורקמת עצב מוכתמת בירוק.תקריב של MC-RPNI מוצלח אחר מראה מספר צמתים עצביים-שריריים מוכתמים באלפא-בונגארוטוקסין באדום עבור קולטני אצטילכולין. בדיקות אלקטרופיזיולוגיות שבוצעו במבני MC-RPNI הראו כי פוטנציאל הפעולה של השרירים המורכבים או צורות הגל של CMAPs דומים במראה שלהם לשרירים מקומיים, מה שתומך עוד יותר בכך שהם התחדשו על ידי העצב הכלוא שלהם. CMAP שנוצר על ידי שריר EDL פיזיולוגי בעקבות גירוי עצבי CP פרוקסימלי נע בדרך כלל בין 20 ל -30 מיליוולט.EDL CMAPs בחולדות עם MC-RPNIs מושתלים אינם שונים באופן משמעותי, ממוצע של 24.27 מיליוולט פלוס או מינוס 1.34 מיליוולט. חשוב מאוד לתרגל יצירת חלון אפינוריאלי לפני השימוש בו במחקר. האפינוריום הוא כיסוי דק ושברירי מאוד על העצב, ופגיעה בסיבי העצב הבסיסיים יכולה לשנות את התוצאות בדרכים מאוד בלתי צפויות.מבנים אלה נחשבים בוגרים בחולדות לאחר 3 חודשים, ויכולות ההתאמה האישית שלהם הן אינסופיות. לאחר ההבשלה, ניתן להשתמש ב- MC-RPNI בהערכות פיזיולוגיות, ניתוח אלקטרופיזיולוגי ובדיקות כוח שרירים. נוירוראפיה מקצה לצד היא מושג חדש יחסית בניתוח שבו עצב טרנסקטטיבי מחוברת לעצב היקפי שלם הגורם לביטחונות הנובטים מהעצב השלם לתוך המקטע המושתל.גילינו שתופעה זו מתרחשת גם בשריר המושתל ישירות לעצב השלם והאפשרויות למחקר נוסף מרתקות.

the-muscle-cuff-regenerative-peripheral-nerve-interface-for

Research

JoVE Journal

Bioengineering

הנדסה ביולוגית

פגיעה טראומתית בחוט השדרה משבש את התקשורת עם המוח. כדי לשחזר קישוריות איבד אנו מנצלים שתל העצב ההיקפיים לספק תשתית של סיבים התחדשות בשילוב עם גורמים neurotrophic מטריקס ו-ויסות אנזימים להסיר מולקולות המעכבות כדי לקדם את צמיחת למרחקים ארוכים.

שילוב העצבים ההיקפית השתלת ומטריקס אפנון לתקן את חוט השדרה עכברוש נפגעים

מקור: Svientek, S. R., et al. ייצור ממשק העצבים ההיקפיים הרגנרטיבי המרוכב (C-RPNI) בחולדה הבוגרת.  J. Vis. Exp. (2020).סרטון זה מדגים את הבנייה הכירורגית של ממשק עצבי היקפי רגנרטיבי מורכב (C-RPNI) במודל חולדה של פגיעה עצבית היקפית. ההליך כולל הצמדת עצב פרונאלי שעבר טרנסקט לשתל שריר וכיסויו בשתל עור כדי לקדם התחדשות עצבית. עם הזמן, נוירונים מוטוריים ותחושתיים יוצרים מחדש קשרים בתוך השתלים, ומאפשרים היווצרות מבנים עצביים-שריריים ותחושתיים תפקודיים.

בניית ממשק עצבי היקפי רגנרטיבי מרוכב במודל עכברוש של פגיעה עצבית

סרטון זה מדגים ייצור של אלקטרודה שטוחה העוטפת עצבים. הוא מציג את השילוב של מתכת מיגון ושכבות פולימריות מדויקות למשטח הקלטה יעיל. התהליך כולל חיבור, ריפוי, חיתוך וחיתוך שכבות פולימר למגע עצבי אופטימלי והקלטת אותות מדויקת.

ייצור אלקטרודות עצב בממשק שטוח לרישום פעילות עצבית

מאמר זה מספק תיאור מפורט על תהליך הייצור של אלקטרודה עצב ממשק שטוח קשר בצפיפות גבוהה (FINE). אלקטרודה זה ממוטב עבור הקלטת מגרת פעילות עצבית באופן סלקטיבי בתוך עצבים היקפיים.

המצאה של צפיפות לתקשר גבוהה, אלקטרודות עצב שטוח ממשק עבור יישומי הקלטת הגירוי

המוצג כאן הוא פרוטוקול עבור ייצור של מערכת הוהשתלות עבור בהקלטה vivo כרונולוגי של פוטנציאל אלקטרומגנט מעורר וספונטני. המערכת חלה על חקירת שימור של שרירי הגרון לאחר פגיעת העצבים.

מערכת ולוהשתלות לכרוני בVivo האלקטרומגרפיה

כתב היד הבא מתאר את השיטה הרומן לפיתוח biologic, סגור לולאה מערכת משוב עצבית כינה את ממשק משובי היקפית מורכבים היקפי (C-RPNI). במבנה זה יש את היכולת להשתלב עם עצבי היקפי כדי להגביר את אותות המנוע efferent תוך שהוא מספק בו משוב חושי.

ייצור של ממשק היקפי מורכב משובי היקפית (C-RPNI) בעכברוש למבוגרים

גישות קיימות לבניית אלקטרודות שרוול עצב היקפי מושתלים באופן כרוני לשימוש מכרסמים קטנים דורשים לעתים קרובות ציוד מיוחד ו/או כוח אדם מיומן. בפרוטוקול זה אנו מדגימים גישה פשוטה בעלות נמוכה לזיוף אלקטרודות שרוול מושתלות כרונית, ולהפגין את יעילותם לגירוי עצבי vagus (VNS) בחולדות.

הכנת אלקטרודות גירוי עצבי היקפי להשתלה כרונית בחולדות

זהו פרוטוקול להשתלה כירורגית ותפעול של ממשק אלחוטי לעצבים היקפיים. אנו מדגימים את התועלת של גישה זו באמצעות דוגמאות מממריצים עצביים הממוקמים על עצב הסיאטי או הפרני של החולדה.

השתלה ובקרה של מערכות אלחוטיות, נטולות סוללה להתממשקות עצבית היקפית

פרוטוקול זה מתאר את ההכנה של רקמת עצב סיאטית שלמה של חולדה לגירוי אלקטרופיזיולוגי ex vivo ורישום באמבט מלוחים בעל שני תאים מווסתים סביבתית.

הכנת עצב סיאטי חולדה לנוירופיזיולוגיה Ex Vivo

כאן, אנו מתארים את ההליך הכירורגי לביצוע ניתוח ממשק עצבי היקפי רגנרטיבי (RPNI) לטיפול בכאב נוירופתי לאחר קטיעה בהקשר של ניסוי בינלאומי אקראי מבוקר (RCT) (ClinicalTrials.gov, NCT05009394). RCT משווה RPNI עם שתי טכניקות כירורגיות אחרות, כלומר, עצבוב שרירים ממוקד (TMR) וכריתת נוירומה בשילוב עם טרנספוזיציה תוך שרירית.

ממשק עצבי היקפי רגנרטיבי: פרוטוקול כירורגי לניסוי אקראי מבוקר בכאב לאחר קטיעה

חקור את ממשק העצבים ההיקפי הרגנרטיבי של שרוול השריר (MC-RPNI) להגברת אותות עצביים וזיהוי כוונת תנועה. שיטה ביולוגית זו משפרת את בקרת אקזוסקלטונים ממונעים לשיקום תפקוד מוטורי.

ממשק העצבים ההיקפי הרגנרטיבי של שרוול השריר להגברה של אותות עצביים היקפיים שלמים

גלה סרטונים נוספים