Name: ניתוח השתלה לגירוי עצב הואגוס בטני ותיעוד מחקרים בחולדות ערות (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-01-19T13:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 17 s
Description: למדו פרוטוקול ניתוח להשתלת מערך אלקטרודות על עצב הווגוס הבטני בעכברושים. שיטה זו מאפשרת חקר השפעות נוגדות דלקת של גירוי עצבי ללא תופעות לוואי קרדיאליות או נשימתיות.

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

פיתוח שתל VNS בטני של חולדה מומן על ידי הסוכנות לפרויקטי מחקר מתקדמים להגנה (DARPA) BTO, בחסות ד"ר דאג ובר וד"ר אריק ואן גיסון באמצעות המרכז למערכות לוחמה בחלל ובים (חוזה מס' N66001-15-2-4060). המחקר המדווח בפרסום זה נתמך על ידי קרן הדגירה של מכון ביוניקס. מכון ביוניקס מכיר בתמיכה שהם מקבלים מהממשלה הוויקטוריאנית באמצעות תוכנית התמיכה התשתיתית התפעולית שלה. ברצוננו להודות למר אוון ברנס על התכנון המכאני, לפרופ' ג'ון ב' פרנס על מומחיות אנטומית, לפרופ' רוברט ק' שפרד על מומחיות בממשק היקפי, נוירומודולציה והקלטה, לגב' פיליפה קמרר וגב' איימי מורלי על גידול וניסויים בבעלי חיים, לגב' פנלה מונץ וד"ר פטה גריגסבי על עצותיהן בטיפול בבעלי חיים לאחר ניתוח, ולגב' ג'ני ג'ואו ולצוות ייצור האלקטרודות מ-NeoBionica על ייצור מערכי VNS.

VNS בטני לטיפול במצבים דלקתיים במודלים של חולדות

<ol><li>Fang, Y. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neuroimmunomodulation+of+vagus+nerve+stimulation+and+the+therapeutic+implications%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Aging+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Neuroimmunomodulation of vagus nerve stimulation and the therapeutic implications.</a> Front Aging Neurosci. 15, 1173987(2023).</li>
<li>Fudim, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Device+therapy+in+chronic+heart+failure%3A+JACC+state-of-the-art+review%5BTitle%5D)+AND+%22J+Am+Coll+Cardiol%22%5BJournal%5D)">Device therapy in chronic heart failure: JACC state-of-the-art review.</a> J Am Coll Cardiol. 78 (9), 931-956 (2021).</li>
<li>Sinniger, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+12-month+pilot+study+outcomes+of+vagus+nerve+stimulation+in+Crohn%27s+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Neurogastroenterol+Motil%22%5BJournal%5D)">A 12-month pilot study outcomes of vagus nerve stimulation in Crohn's disease.</a> Neurogastroenterol Motil. 32 (10), 13911(2020).</li>
<li>Koopman, F. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Vagus+nerve+stimulation+in+patients+with+rheumatoid+arthritis%3A+24+month+safety+and+efficacy%5BTitle%5D)+AND+%22Arthritis+Rheumatol%22%5BJournal%5D)">Vagus nerve stimulation in patients with rheumatoid arthritis: 24 month safety and efficacy.</a> Arthritis Rheumatol. 70, (2018).</li>
<li>Genovese, M. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Safety+and+efficacy+of+neurostimulation+with+a+miniaturised+vagus+nerve+stimulation+device+in+patients+with+multidrug-refractory+rheumatoid+arthritis%3A+a+two-stage+multicentre%2C+randomised+pilot+study%5BTitle%5D)+AND+%22Lancet+Rheumatol%22%5BJournal%5D)">Safety and efficacy of neurostimulation with a miniaturised vagus nerve stimulation device in patients with multidrug-refractory rheumatoid arthritis: a two-stage multicentre, randomised pilot study.</a> Lancet Rheumatol. 2 (9), e527-e538 (2020).</li>
<li>Lu, J. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+randomized+trial+on+the+effect+of+transcutaneous+electrical+nerve+stimulator+on+glycemic+control+in+patients+with+type+2+diabetes%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Rep%22%5BJournal%5D)">A randomized trial on the effect of transcutaneous electrical nerve stimulator on glycemic control in patients with type 2 diabetes.</a> Sci Rep. 13 (1), 2662(2023).</li>
<li>Huang, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+transcutaneous+auricular+vagus+nerve+stimulation+on+impaired+glucose+tolerance%3A+a+pilot+randomized+study%5BTitle%5D)+AND+%22BMC+Complement+Altern+Med%22%5BJournal%5D)">Effect of transcutaneous auricular vagus nerve stimulation on impaired glucose tolerance: a pilot randomized study.</a> BMC Complement Altern Med. 14, 203(2014).</li>
<li>Chang, R. B., Strochlic, D. E., Williams, E. K., Umans, B. D., Liberles, S. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Vagal+sensory+neuron+subtypes+that+differentially+control+breathing%5BTitle%5D)+AND+%22Cell%22%5BJournal%5D)">Vagal sensory neuron subtypes that differentially control breathing.</a> Cell. 161 (3), 622-633 (2015).</li>
<li>McAllen, R. M., Shafton, A. D., Bratton, B. O., Trevaks, D., Furness, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Calibration+of+thresholds+for+functional+engagement+of+vagal+A%2C+B+and+C+fiber+groups+in+vivo%5BTitle%5D)+AND+%22Bioelectron+Med+%28Lond%29%22%5BJournal%5D)">Calibration of thresholds for functional engagement of vagal A, B and C fiber groups in vivo.</a> Bioelectron Med (Lond). 1 (1), 21-27 (2018).</li>
<li>Payne, S. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anti-inflammatory+effects+of+abdominal+vagus+nerve+stimulation+on+experimental+intestinal+inflammation%29%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Anti-inflammatory effects of abdominal vagus nerve stimulation on experimental intestinal inflammation).</a> Front Neurosci. 13, 418(2019).</li>
<li>Ben-Menachem, E., Revesz, D., Simon, B. J., Silberstein, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surgically+implanted+and+non-invasive+vagus+nerve+stimulation%3A+a+review+of+efficacy%2C+safety+and+tolerability%5BTitle%5D)+AND+%22Eur+J+Neurol%22%5BJournal%5D)">Surgically implanted and non-invasive vagus nerve stimulation: a review of efficacy, safety and tolerability.</a> Eur J Neurol. 22 (9), 1260-1268 (2015).</li>
<li>Parhizgar, F., Nugent, K., Raj, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Obstructive+sleep+apnea+and+respiratory+complications+associated+with+vagus+nerve+stimulators%5BTitle%5D)+AND+%22J+Clin+Sleep+Med%22%5BJournal%5D)">Obstructive sleep apnea and respiratory complications associated with vagus nerve stimulators.</a> J Clin Sleep Med. 7 (4), 401-407 (2011).</li>
<li>Mao, H., Chen, Y., Ge, Q., Ye, L., Cheng, H. S. hort- <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((and+long-term+response+of+vagus+nerve+stimulation+therapy+in+drug-resistant+epilepsy%3A+A+systematic+review+and+meta-analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Neuromodulation%22%5BJournal%5D)">and long-term response of vagus nerve stimulation therapy in drug-resistant epilepsy: A systematic review and meta-analysis.</a> Neuromodulation. 25 (3), 327-342 (2022).</li>
<li>Payne, S. C., Furness, J. B., Stebbing, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bioelectric+neuromodulation+for+gastrointestinal+disorders%3A+effectiveness+and+mechanisms%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Rev+Gastroenterol+Hepatol%22%5BJournal%5D)">Bioelectric neuromodulation for gastrointestinal disorders: effectiveness and mechanisms.</a> Nat Rev Gastroenterol Hepatol. 16 (2), 89-105 (2019).</li>
<li>Payne, S. C., Romas, E., Hyakumura, T., Muntz, F., Fallon, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Abdominal+vagus+nerve+stimulation+alleviates+collagen-induced+arthritis+in+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Abdominal vagus nerve stimulation alleviates collagen-induced arthritis in rats.</a> Front Neurosci. 16, 1012133(2022).</li>
<li>Payne, S. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Blood+glucose+modulation+and+safety+of+efferent+vagus+nerve+stimulation+in+a+type+2+diabetic+rat+model%5BTitle%5D)+AND+%22Physiol+Rep%22%5BJournal%5D)">Blood glucose modulation and safety of efferent vagus nerve stimulation in a type 2 diabetic rat model.</a> Physiol Rep. 10 (8), 15257(2022).</li>
<li>Shepherd, R. K., Fallon, J. B., Payne, S. C., Burns, O., Furness, J. B. Peripheral nerve electrode array. US patent. , US-2020230400-A1 (2019).</li>
<li>Castoro, M. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Excitation+properties+of+the+right+cervical+vagus+nerve+in+adult+dogs%5BTitle%5D)+AND+%22Exp+Neurol%22%5BJournal%5D)">Excitation properties of the right cervical vagus nerve in adult dogs.</a> Exp Neurol. 227 (1), 62-68 (2011).</li>
<li>Payne, S. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Differential+effects+of+vagus+nerve+stimulation+strategies+on+glycemia+and+pancreatic+secretions%5BTitle%5D)+AND+%22Physiol+Rep%22%5BJournal%5D)">Differential effects of vagus nerve stimulation strategies on glycemia and pancreatic secretions.</a> Physiol Rep. 8 (11), 14479(2020).</li>
<li>Prechtl, J. C., Powley, T. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+fiber+composition+of+the+abdominal+vagus+of+the+rat%5BTitle%5D)+AND+%22Anat+Embryol+%28Berl%29%22%5BJournal%5D)">The fiber composition of the abdominal vagus of the rat.</a> Anat Embryol (Berl). 181 (2), 101-115 (1990).</li>
<li>Gasser, H. S., Erlanger, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+role+played+by+the+sizes+of+the+constituent+fibers+of+a+nerve+trunk+in+determining+the+form+of+its+action+potential+wave%5BTitle%5D)+AND+%22Am+J+Physiol-Legacy+Content%22%5BJournal%5D)">The role played by the sizes of the constituent fibers of a nerve trunk in determining the form of its action potential wave.</a> Am J Physiol-Legacy Content. 80 (3), 522-547 (1927).</li>
<li>Parker, J. L., Shariati, N. H., Karantonis, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrically+evoked+compound+action+potential+recording+in+peripheral+nerves%5BTitle%5D)+AND+%22Bioelectron+Med%22%5BJournal%5D)">Electrically evoked compound action potential recording in peripheral nerves.</a> Bioelectron Med. 1 (1), 71-83 (2018).</li>
<li>Villalobos, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stimulation+parameters+for+directional+vagus+nerve+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Bioelectron+Med%22%5BJournal%5D)">Stimulation parameters for directional vagus nerve stimulation.</a> Bioelectron Med. 9 (1), 16(2023).</li>
<li>Verma, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+and+applications+of+evoked+responses+during+epidural+electrical+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Bioelectron+Med%22%5BJournal%5D)">Characterization and applications of evoked responses during epidural electrical stimulation.</a> Bioelectron Med. 9 (1), 5(2023).</li>
<li>Hoffman, H. H., Schnitzlein, H. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+numbers+of+nerve+fibers+in+the+vagus+nerve+of+man%5BTitle%5D)+AND+%22Anat+Rec%22%5BJournal%5D)">The numbers of nerve fibers in the vagus nerve of man.</a> Anat Rec. 139, 429-435 (1961).</li>
<li>Bassi, G. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anatomical+and+clinical+implications+of+vagal+modulation+of+the+spleen%5BTitle%5D)+AND+%22Neurosci+Biobehav+Rev%22%5BJournal%5D)">Anatomical and clinical implications of vagal modulation of the spleen.</a> Neurosci Biobehav Rev. 112, 363-373 (2020).</li>
<li>Courties, A., Berenbaum, F., Sellam, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Vagus+nerve+stimulation+in+musculoskeletal+diseases%5BTitle%5D)+AND+%22Joint+Bone+Spine%22%5BJournal%5D)">Vagus nerve stimulation in musculoskeletal diseases.</a> Joint Bone Spine. 88 (3), 105149(2021).</li>
<li>Hilderman, M., Bruchfeld, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+cholinergic+anti-inflammatory+pathway+in+chronic+kidney+disease-review+and+vagus+nerve+stimulation+clinical+pilot+study%5BTitle%5D)+AND+%22Nephrol+Dial+Transplant%22%5BJournal%5D)">The cholinergic anti-inflammatory pathway in chronic kidney disease-review and vagus nerve stimulation clinical pilot study.</a> Nephrol Dial Transplant. 35 (11), 1840-1852 (2020).</li>
</ol>

מחקר זה נערך בהיעדר קשרים מסחריים או פיננסיים שעלולים להתפרש כניגוד עניינים פוטנציאלי.

שיטה זו של ניתוח השתלת VNS בטני וגירוי כרוני של העצב התועה ורישום של ECAPs שימשו בהצלחה ונסבלים היטב במשך 5 שבועות בחולדות לאחר ההשתלה 10,15,16. נסיגה של הקיבה, הכבד והמעיים כדי לקבל תצוגה טובה של הוושט והעצב התועה היא אחד השלבים המרכזיים בניתוח. ברגע שאיברים אלה נסוגים, העצב התועה הופך לנגיש. נסיגה של הבטן מסתכנת בפגיעה בנשימה, ובמקרה זה הנסיגה משוחררת. בנוסף, בעת חיתוך רקמת החיבור המקיפה את הוושט כדי לגשת לעצב התועה, יש להקפיד להימנע מנזק לסרעפת, אשר יכול להוביל להפרעה בלחץ תוך חזי, דיכוי נשימתי חמור, ומוות של בעל החיים במהלך הניתוח. מומלץ לנקות את רקמת החיבור המקיפה את הוושט בדיוק מספיק כדי להתאים למערך האלקטרודות מעל ענפי הכבד והצליאק.
סיבוכים אפשריים לאחר הניתוח כוללים הידבקות רקמות סביב הוושט, בקע ואילאוס לאחר הניתוח. ניתן למזער את הידבקות הרקמה על ידי מריחה חופשית של מי מלח סטריליים בחלל הבטן במהלך הניתוח ולפני סגירת חלל הבטן. תפר סגירת שכבת הצפק יחד עם שכבת השריר אמור גם לסייע בהגנה על האיברים הפנימיים ולהפחית את הידבקות הרקמות. מכיוון שהכבד נחבל בקלות ומניפולציה של המעי עלולה לגרום לאילאוס שלאחר הניתוח, טיפול מינימלי ועדין באיברים אלה חשוב. לבסוף, במיוחד בבעלי חיים כבדים יותר, קריטי שתפרי ריצה ימוקמו קרוב זה לזה או שתפרים קטועים משמשים במקום זאת בעת סגירת חלל הבטן כדי למנוע בקע ובליט תהליך קסיפואידים.
כטיפול סטנדרטי לאחר הניתוח, יש לבדוק בעלי חיים באופן קבוע לאחר הניתוח לעדות לעשיית צרכים, שינוי במשקל, פרווה, רמת פעילות ונוכחות של נפיחות או הפרשות מפצעי הניתוח. במקרים נדירים, הפרשות מוגזמות, אדמומיות ונפיחות סביב פצעים כירורגיים עלולים להתרחש, דבר המצביע על זיהום. במקרים כאלה, אנטיביוטיקה כגון Baytril (0.2 מ"ג / מ"ל, במי שתייה במשך 3-5 ימים) ניתנים עד הזיהום נפתר. בעוד חולדות רגילות בדרך כלל מתאוששות היטב מהניתוח, חולדות עם מצבים בריאותיים פגומים (כלומר, מודלים של מחלות) עשויות לדרוש זמן רב יותר לפני שניתן יהיה להתחיל בבדיקות ובגירוי לאחר הניתוח. טיפול מתאים לאחר הניתוח (כפי שסוכם בשלב 2.26) לבעלי חיים כאלה חיוני לרווחת בעלי החיים.
אחת המגבלות של פרוטוקול זה היא שבעוד שהתכנון של מערך האלקטרודות VNS של חולדה מצוין להקלטת תגובה איטית יותר של סיבי C, המרווח בין זוגות האלקטרודות (4.7 מ"מ) עשוי שלא להתאים ללכידת פעילות של חלק מסוגי הסיבים המהירים יותר. למרות שהאורך הכולל של המערך מוגבל על ידי האורך הזמין של העצב התועה התת-סרעפתי מעל ענפי הכבד והצליאק, ניתן לרכוש מערכי VNS אלה עם זוגות אלקטרודות נוספים. מערכים כאלה עשויים לשמש כדי לחקור את היישום של גירוי חסימת שיכול לתפעל את הכיוון של VNS16,19, הרחבת השימוש האפשרי של מודל זה.
ניתן להשתמש ברישום ECAPs כדי להעריך את מיקום המערך סביב העצב, את איכות ממשק האלקטרודות ואת היכולת של המכשיר להפעיל סיבים ווגאליים. הואגוס הוא עצב אוטונומי, המורכב מ-97%-99% סיבי C18,20, כאשר 1%-3% הנותרים של הסיבים הם סיבים מיאליניים (תפקוד לא ידוע), כפי שאושר במחקרי מיקרוסקופ אלקטרונים תמסורת20. התגובות באיור 3 הן ככל הנראה מפעילות חשמלית של העצב התועה, ולא מפעילות מיוגנית, שכן הן מתאימות לצורה ולצורה של פוטנציאל הפעולה המורכב עבור עצב היקפי21,22. יתר על כן, מהירות ההולכה האופיינית של ECAPs עצב הואגוס בטני של חולדה היא 0.47 - 1.2 מטר לשנייה, התואמת את מהירות ההולכה של סיבי C18. במחקרי פיילוט ראשוניים לפיתוח מכשירים, ההקלטות אומתו במחקרי חולדות מורדמות על ידי חיתוך העצב התועה בין האלקטרודה המגרה לאלקטרודת ההקלטה, וכתוצאה מכך בוטלו כל התגובות המתעוררות (הנתונים לא הוצגו). מערך האלקטרודות תוכנן כך שהעצב התועה יושב בתוך תעלת פלטינה-סיליקון, ולמעשה מבודד אותו חשמלית ממבני המבנה הסובבים אותו (למשל, הוושט). גירוי והקלטה מבוצעים שניהם גם באמצעות תצורות דו קוטביות המשתמשות באלקטרודות סמוכות, מה שממזער עוד יותר את ההזדמנויות להתפשטות גירוי וזיהום של הקלטה. דיווחנו באופן עקבי על צורות גל דומות בעקבות גירוי חשמלי של עצב הואגוס הבטני בתכשירים מורדמים וערים 10,15,16,19,23, כולל מחקרים שבהם השפעות פיזיולוגיות של גירוי אישרו את הפעלת העצב הווגאלי 10,15,16. למרות שאי אפשר לשלול זיהום של ההקלטה על ידי פעילות מיוגנית, תגובות מיוגניות בדרך כלל נבדלות מתגובה עצבית בשל פרופיל משרעת הצמיחה המהיר והגדול שלהן24 בניגוד לפרופילי הגדילה המדורגים והקטנים יותר שנצפו במחקרים שלנו10,15 ובאיור 3A,B: יום 0: השהיה ברמה הנוכחית 377 μA: 7.24 אלפיות השנייה > רמה נוכחית 1750 μA: 6.74 מטר/שניה.
בעוד שהפעלת העצב התועה התת-סרעפתי המורכב כמעט כולו מסיבי C 20,25 הוכחה כיעילה לטיפול במודלים פרה-קליניים של מחלות מעי דלקתיות10, דלקת מפרקים שגרונית15 וסוכרת16, הפרמטרים האופטימליים של VNS בטני כדי למקסם את השפעתו הטיפולית לא נחקרו במלואם14. מחקר נוסף בנושא זה יועיל מאוד, שכן יישום VNS בטני לטיפול במחלות מעי דלקתיות נחקר כעת בניסוי קליני ראשון בבני אדם. כמו ההשפעה האנטי דלקתית של VNS הבטן נחשב מערכתי26, קיים פוטנציאל גדול כי טיפול זה יעיל גם עבור מצבים דלקתיים אחרים כגון זאבת אדמנתית מערכתית27 ומחלת כליות כרונית28.
מחקרי החולדות שלנו מראים של-VNS בטני יש יתרון ייחודי על פני VNS צוואר הרחם בכך שהוא אינו גורם להשפעות לבביות או נשימתיות מחוץ למטרה10. גירוי בעוצמה גבוהה יותר יכול להיות מיושם לפרקי זמן ארוכים יותר מבלי לפגוע בנשימה או בקצב הלב של החיה. בשילוב עם היכולת לעקוב אחר התגובה העצבית המעוררת המאשרת עוצמות גירוי על-טבעיות, שיטה זו מספקת מודל נהדר לחקר היעילות של VNS בטני לטיפול במגוון מחלות. ככל שהיישום של VNS ממשיך להתרחב, היישום של שיטה זו של VNS צפוי להתרחב גם כן.

גירוי עצבי הואגוס (VNS) המועבר באתר צוואר הרחם בצוואר הוא טיפול שאושר על ידי מנהל המזון והתרופות האמריקני (FDA) לאפילפסיה עקשנית, דיכאון עקשן ושיקום שבץ לאחר איסכמי1, ואושר על ידי הנציבות האירופית לאי ספיקת לב באירופה2. VNS צוואר הרחם לא פולשני מאושר על ידי ה- FDA למיגרנה וכאב ראש1. היישום שלה צפוי להתרחב, עם ניסויים קליניים אחרונים המראים יעילות של VNS באינדיקציות אחרות כגון מחלת קרוהן3, דלקת מפרקים שגרונית 4,5 ופגיעה בסבילות גלוקוז וסוכרת מסוג 2 6,7. למרות שהוא מבטיח, VNS צוואר הרחם יכול לגרום לברדיקרדיה ודום נשימה עקב הפעלה מחוץ למטרה של סיבי העצב המעצבבים את הריאות והלב 8,9,10. תופעות לוואי כגון שיעול, כאב, שינוי קול, כאבי ראש ועלייה במדד דום נשימה-היפופניאה מדווחות בדרך כלל בחולים שקיבלו VNSצוואר הרחם 11,12. הפחתת כוח הגירוי היא אסטרטגיה נפוצה להפחתת תופעות לוואי אלה, אולם מטען מופחת עלול להגביל את יעילות הטיפול VNS על ידי כישלון להפעיל סיבים טיפוליים11. לתמיכה בהשערה זו, שיעור המגיבים של חולים שקיבלו גירוי בעוצמה גבוהה לטיפול באפילפסיה היה גבוה מזה של חולים שקיבלו גירוי בעוצמה נמוכה13.
VNS בטני מוחל על העצב התועה התת-סרעפתי, מעל ענפי הכבד והצליאק14 (איור 1). המחקר הקודם שלנו הראה כי בחולדות VNS בטני אינו גורם לתופעות לוואי לבביות או נשימתיות הקשורות ל- VNS10 בצוואר הרחם. מחקרים קודמים הדגימו גם השפעות אנטי דלקתיות של VNS בטני במודל חולדות של מחלות מעי דלקתיות ודלקת מפרקים שגרונית10,15, כמו גם ירידה בגליקמיה במודל חולדות של סוכרת מסוג 216. לאחרונה, טכנולוגיית VNS בטני תורגמה לניסוי קליני ראשון בבני אדם לטיפול במחלות מעי דלקתיות (NCT05469607).
מערך אלקטרודות העצבים ההיקפיים המשמש להעברת גירוי לעצב הואגוס הבטני (WO201909502017) פותח במיוחד לשימוש בחולדות, והוא מורכב משניים עד שלושה זוגות אלקטרודות פלטינה הממוקמים במרחק של 4.7 מ"מ זה מזה, הנתמכים על-ידי שרוול אלסטומר סיליקון ברמה רפואית, לשונית תפירה לעיגון המערך לוושט, חוט עופרת ומחבר מלעורי שיותקן באזור המותני (איור 2)). חוט העופרת מנהור מתחת לעור בצד שמאל של החיה. תכנון זוגות אלקטרודות מרובות מאפשר גירוי חשמלי של העצב, כמו גם רישום פוטנציאלי פעולה מורכבים מעוררים חשמלית (ECAPs), אשר מאשר מיקום נכון של השתל על העצב ועוצמות גירוי suprathreshold. VNS בטני נסבל היטב בחולדות הנעות בחופשיות במשך חודשים 10,15,16. זה מאפשר להעריך את יעילותו על מודלים של מחלות.
כתב יד זה מתאר את השיטות לעיקור מערך האלקטרודות, ניתוח השתלת עצב הואגוס בטני, גירוי כרוני ורישום של ECAPs בחולדות ערות לחקר היעילות של VNS בטני במגוון מודלים של מחלות. שיטות אלה פותחו במקור לחקר היעילות של VNS בטני במודל חולדה של מחלות מעי דלקתיות10 ושימשו בהצלחה גם עבור מודל חולדה של דלקת מפרקים שגרונית15 וסוכרת16.

<table><tbody><tr><td>0.9% מי מלח</td><td>Briemarpak</td><td>SC3050</td><td></td></tr><tr><td>Baytril</td><td>Bayer</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Betadine</td><td>Sanofi-Aventis Healthcare</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Buprelieve (בופרנורפין)</td><td>Jurox</td><td></td><td></td></tr><tr><td>מכשיר לרכישת נתונים</td><td>National Instruments</td><td>USB-6210</td><td></td></tr><tr><td>DietGel Boost (תוסף ג'ל תזונה)</td><td>ClearH2O</td><td></td><td></td></tr><tr><td>פינצטה Dumont, סגנון 5</td><td>ProSciTech</td><td>T05-822</td><td></td></tr><tr><td>פינצטה Dumont, סגנון N7, סגירה עצמית</td><td>ProSciTech</td><td>EMS72864-D</td><td></td></tr><tr><td>סוניקטור Elmasonic P הפתרון</td> של <td>בקסטר</td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td>AHB2323</td><td></td></tr><tr><td>Hemostat</td><td>ProSciTech</td><td>TS1322-140</td><td></td></tr><tr><td>HPMC/PAA לחות ג'ל עיניים</td><td>Alcon</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Igor Pro-8 תוכנה</td><td>Wavemetrics, Inc</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Isoflo (Isoflurane)</td> <td>Zoetis</td><td></td><td></td></tr><tr><td>מגבר דיפרנציאלי מבודד</td><td>World Precision Instruments</td><td>ISO-80</td><td></td></tr><tr><td>פירונג נוזלי</td><td>Diversey</td><td></td><td>תמיסת ניקוי</td></tr><tr><td>HH12291 מרקאין (Bupivacaine)</td> <td>אספן</td><td></td><td></td></tr><tr><td>וילון פלסטיק</td><td>Multigate</td><td>22-203</td><td></td></tr><tr><td>שתל עצב תועה עכברוש</td><td>Neo-Bionica</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Rimadyl (קרפרופן)</td> <td>תפר משי Zoetis</td><td></td><td></td></tr><tr><td>3-0</td><td>תפר משי Ethicon</td><td></td><td></td></tr><tr><td>7-0</td><td>Ethicon</td><td></td><td></td></tr><tr><td>SteriClave autoclave</td><td>Cominox</td><td>24S</td><td></td></tr><tr><td>חלוק כירורגי חד פעמי סטרילי</td><td>Zebravet</td><td>DSG-S</td><td></td></tr><tr><td>התאבדות ניקל ווים</td><td>ג'רוויס ווקר</td><td></td><td></td></tr><tr><td>מים טהורים</td><td>במיוחד Merck Millipre Milli-Q</td><td>רפידות תחתונות ישירות</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Zebravet</td><td>UP10SM</td><td></td></tr><tr><td>מספריים Vannas ProSciTech</td><td></td><td>EMS72933-01</td><td></td></tr><tr><td>תפר Vicryl 4-0</td><td>Ethicon</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

ניתוח השתלה לגירוי עצב הואגוס בטני ותיעוד מחקרים בחולדות ערות

Implantation Surgery for Abdominal Vagus Nerve Stimulation and Recording Studies in Awake Rats

גירוי עצבי הואגוס בטני (VNS) יכול להיות מיושם על הענף התת-סרעפתי של העצב התועה של חולדות. בשל מיקומו האנטומי, אין לו השפעות נשימתיות ולבביות מחוץ למטרה הקשורות בדרך כלל VNS צוואר הרחם. היעדר השפעות נשימתיות ולבביות מחוץ למטרה פירושו שאין צורך להוריד את עוצמת הגירוי כדי להפחית את תופעות הלוואי הנפוצות במהלך VNS צוואר הרחם. מחקרים מעטים שנעשו לאחרונה הדגימו את ההשפעות האנטי-דלקתיות של VNS בטני במודלים של חולדות של מחלות מעי דלקתיות, דלקת מפרקים שגרונית והפחתת גליקמיה במודל חולדות של סוכרת מסוג 2. חולדה היא מודל נהדר לחקור את הפוטנציאל של טכנולוגיה זו בגלל האנטומיה המבוססת היטב של העצב התועה, גודלו הגדול של העצב המאפשר טיפול קל, והזמינות של מודלים רבים של מחלות. במאמר זה אנו מתארים את השיטות לניקוי ועיקור מערך אלקטרודות VNS בטני ופרוטוקול כירורגי בחולדות. אנו גם מתארים את הטכנולוגיה הדרושה לאישור גירוי על-ידי רישום פוטנציאלי פעולה מורכבים מעוררים. ל-VNS בטני יש פוטנציאל להציע טיפול סלקטיבי ויעיל למגוון מצבים, כולל מחלות דלקתיות, והיישום צפוי להתרחב בדומה ל-VNS צוואר הרחם.

רישום פוטנציאלי פעולה מורכבים מעוררים (ECAPs, איור 3A,B) מיד לאחר הניתוח היא טכניקה שניתן להשתמש בה כדי לעזור לאשר מיקום נכון של העצב בתוך ערוץ המערך, וגירוי זה יעיל בהפעלת העצב התועה.
באיור 3, נקבות חולדות אגוטי כהות (גילן 8-9 שבועות) הושתלו במערך האלקטרודות VNS. בחולדות שנבחרו באופן אקראי לקבל גירוי טיפולי, ECAPs תועדו מיד לאחר הניתוח (יום 0, איור 3A) ובסוף הטיפול ב-VNS (יום 23, איור 3B). הנוכחות של ECAPs (איור 3B) הצביעה על כך שעוצמת הגירוי הייתה מעל הסף העצבי ושהעצב הופעל בהצלחה. בעלי חיים בקבוצת הטיפול VNS לא נכללו אם ECAPs לא תועדו מכיוון שלא הייתה ערובה לכך שהגירוי הועבר בהצלחה15. ההשהיה של התגובה העצבית (איור 3A,B, מסומנת על-ידי חץ ירוק) יכולה לשמש כדי להעריך איזה סוג של סיבים הופעלו.
במחקרים קודמים ראינו שרוב התגובות העצביות מתרחשות בדרך כלל בין 4 מילישניות ל-10 מילישניות10,15. בהינתן שהמרחק בין זוגות גירוי והקלטה הוא 4.7 מ"מ, מהירות ההולכה המשוערת של חלון תגובה זה היא 0.47 - 1.2 מטר לשנייה, התואמת את מהירות ההולכה של סיבי C18.
ישנה עלייה בסף העצבי בין יום 0 (377 μA, איור 3A) ליום 23 (1335 μA, איור 3B), אשר מתרחשת לאורך זמן, ככל הנראה עקב פיברוזיס שפיר קל שנוצר סביב ממשק רקמות-אלקטרודות10,15.
איור 3C הצביע על מערך הבדיקות הניסיוני ועל מיקום המחבר האחורי, שנותר יציב למשך תקופת הבדיקה בת 3 השבועות15.
<img alt="דיאגרמת גירוי עצב הוואגוס ותמונות מיקום אלקטרודות המציגות מערך כירורגי ותוויות אנטומיה." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65896/65896fig01.jpg" data-altupdatedat="1754922859000" data-alt="Figure 1"> איור 1: אתרים עבור VNS צוואר הרחם ו-VNS בטני. (A) VNS צוואר הרחם מוחל מעל הענפים אל הלב ודרכי הנשימה, ו-VNS בטני מוחל מתחת לענפים האלה. (B) מערך האלקטרודות מוכנס למכסה מחט (כשהשפה מוסרת) כדי להגן עליו במהלך המנהור מתחת לעור. (C) מערך VNS בטני של חולדה מושתל ומאובטח באמצעות תפרים (D) מעל ענפי הצליאק והכבד מתחת לסרעפת. קיצורים: VN = עצב התועה, b. = ענף. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65896/65896fig01large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="הגדרת מחבר מלעורי בבטן חולדה המציגה מערך אלקטרודות לתרשים גירוי קיבה." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65896/65896fig02.jpg" data-altupdatedat="1754922859000" data-alt="Figure 2"> איור 2: מערך VNS של חולדות. (A) מערך VNS של חולדות מורכב ממחבר מלעורי וממערך אלקטרודות המחוברים באמצעות חוט עופרת. (B) ניתן לתפור לשונית ליד מערך האלקטרודות לוושט כדי לסייע בייצוב מיקום המערך. מערך העצבים התועה הבטני הסטנדרטי של חולדה מגיע עם שני זוגות אלקטרודות (E1 ו-E2, ו-E3 ו-E4). ניתן להשתמש בשני זוגות האלקטרודות לגירוי או להקלטה. המחבר המלעורי מותקן על אזור העץ של החיה, וחוט העופרת מנהור מתחת לעור בצד שמאל של החיה. אלקטרודת הייחוס לאורך חוט העופרת ממוקמת מתחת לעור בצד שמאל של החיה לאחר השתלת מערך האלקטרודות. מערך האלקטרודות מושתל על העצב התועה לאורך הוושט מעל הקיבה וממש מתחת לסרעפת. (C) האורך הנוסף של חוט העופרת בצד שמאל של החיה מתחת לעור מספק הקלה במתח. קיצורים: E = אלקטרודה. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65896/65896fig02large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="ניסוי אלקטרופיזיולוגיה: גרפים של מתח לעומת זמן של תגובת גירוי בימים 0 ו-23; הגדרת חולדה." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65896/65896fig03.jpg" data-altupdatedat="1754922859000" data-alt="Figure 3"> איור 3: עקבות אלקטרופיזיולוגיים אופייניים שתועדו לעצב התועה הבטני במהלך השתלה כרונית וחולדה שקיבלה טיפול VNS. (A) כל עקבות אלקטרופיזיולוגיות הן בממוצע 25 חזרות. הקופסאות הירוקות מציינות את ההשהיה האופיינית של תגובת סיבי C בעצב התועה הבטני של החולדה, בין 4 מילישניות ל-10 מילישניות (באמצעות מערך אלקטרודות עם מרחק של 4.7 מ"מ בין זוגות אלקטרודות מעוררות ורשומות, ממרכז למרכז). ECAPs מסומנים בראשי חץ ירוקים. (B) חולדה המקבלת טיפול VNS באמצעות המחבר המלעורי שעל גבה בכלוב הביתי. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65896/65896fig03large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td>פתרון ניקוי</td>
			<td>זמן סוניקציה</td>
		</tr><tr><td>1. 0.5% פירונג במים טהורים במיוחד</td>
			<td>15 דק'</td>
		</tr><tr><td>2. מים טהורים במיוחד</td>
			<td>5 דקות</td>
		</tr><tr><td>3. מים טהורים במיוחד</td>
			<td>5 דקות</td>
		</tr><tr><td>4. 96% אתנול</td>
			<td>10 דק'</td>
		</tr><tr><td>5. מים טהורים במיוחד</td>
			<td>5 דקות</td>
		</tr><tr><td>6. מים טהורים במיוחד</td>
			<td>5 דקות</td>
		</tr></tbody></table>טבלה 1: שלבי סוניקציה. הטבלה מספקת פרטים על הסוניקציה שבוצעה כאן.

הפרוטוקול הנוכחי מתאר את הטכניקה הכירורגית להשתלת מערך אלקטרודות על עצב הואגוס הבטני בחולדות, יחד עם שיטות לבדיקה וגירוי אלקטרופיזיולוגיים כרוניים באמצעות המכשיר המושתל.

Abdominal vagus nerve stimulation (VNS) can be applied to the subdiaphragmatic branch of the vagus nerve of rats. Due to its anatomical location, it does ...

VNS בטן יש את היתרון של לא גרימת תופעות לוואי לב ונשימה הקשורים VNS צוואר הרחם. מטרת המחקר הייתה לחקור את ההשפעה האנטי דלקתית של VNS בטני במודל חולדה של דלקת מפרקים שגרונית. בעבר, הראינו כי VNS בטני מפחית תסמינים של מודל חולדה של מחלת מעי דלקתית.ניסוי קליני ראשון בבני אדם מתנהל בימים אלה כדי לחקור את הבטיחות והיעילות של VNS בטני כטיפול במחלות מעי דלקתיות. אנו מרחיבים את מחקר הנוירומודולציה שלנו כדי לחקור אם אנו יכולים לרשום פעילות עצבית הואגוס ספונטנית הנגרמת על ידי דלקת כצעד הבא לפיתוח מערכת VNS בטנית אדפטיבית לטיפול במצבים דלקתיים. הוכחנו כי VNS בטני אינו גורם להשפעות לבביות או נשימתיות מחוץ למטרה הקשורות ל- VNS צוואר הרחם, ויש לו השפעות אנטי דלקתיות במודלים של חולדות של מחלות מעי דלקתיות ודלקת מפרקים שגרונית.ההשפעות של VNS בטן על הגוף אינן מובנות היטב בהשוואה VNS צוואר הרחם. פרוטוקול זה עשוי לסייע בביסוס פרוטוקולים ניסיוניים לבדיקת ההשפעה של VNS בטני על פרמטרים פיזיולוגיים שונים בבעלי חיים בריאים או במצבים דלקתיים כגון זאבת מערכתית ומחלת כליות כרונית.

implantation-surgery-for-abdominal-vagus-nerve-stimulation-recording

Research

JoVE Journal

Neuroscience

מדעי המוח

מקור: Sanchez, C. A., et al. הכנת אלקטרודות לגירוי עצבי היקפי להשתלה כרונית בחולדות. J. Vis. Exp. (2020).סרטון זה מדגים גירוי עצב תועה בחולדה ערה. חולדה עם אלקטרודת שרוול עצב היקפי כרונית מושתלת ומאומנת במשימת לחיצת מנוף מחוברת למחולל גירויים באמצעות מכסה ראש מושתל. עצב הנרתיק מגורה מיד לאחר כל לחיצת מנוף מוצלחת, וכתוצאה מכך מתרחבת המפה המוטורית.

גירוי עצב התועה באמצעות אלקטרודות שרוול עצב היקפי מושתלות באופן כרוני בחולדות

בסרטון זה אנו מדגימים את ההליך להתקנת אלקטרודת גירוי תקופתי אוטומטית על העצב התועה לניטור עצבים במהלך ניתוחי בלוטת התריס במודל חזירי. זה עוזר בזיהוי נכון של עצב המטרה במהלך הליכים כירורגיים.

התקנת אלקטרודות גירוי תקופתי אוטומטי: טכניקה להשתלה כירורגית של מכשיר גירוי אוטומטי על העצב התועה במודל חזירי

סרטון זה מדגים כיצד להקליט אלקטרורטינוגרמה (ERG) ופוטנציאל מעורר חזותי (VEP) בחולדה מודעת. החולדה, עם אלקטרודות שהושתלו בניתוח, עוברת תחילה הסתגלות כהה. לאחר החלת טיפות מרחיבות, החיה מונחת בריסן וממוקמת בקערת גנצפלד. אותות ERG ו- VEP נרשמים לאחר מכן.

הקלטה של אלקטרורטינוגרמה ופוטנציאל חזותי מעורר בחולדה

הסרטון מדגים הקלטה של אותות אלקטרואנצפלוגרם (EEG) מגורי חולדות הנגרמים על ידי התקפים. קחו גור שנע בחופשיות עם אלקטרודות המחוברות למערכת איסוף נתונים. רעלן עצבי מנוהל כדי לגרום להתקפים אפילפטיים, ופעילות ההתפוצצות החשמלית המתקבלת מנוטרת באמצעות אות EEG.

רישום התקפים מושרים באמצעות אלקטרואנצפלוגרפיה בגורי חולדות הנעים בחופשיות

גירוי עצב התועה (VNS) התפתח ככלי כדי לגרום לפלסטיות הסינפטית ממוקדת במוח הקדמי לשנות מגוון של התנהגויות. פרוטוקול זה מתאר כיצד ליישם VNS כדי להקל על האיחוד של זיכרון הכחדת פחד.

הקוצב וגאלי ככלי כדי לגרום פלסטיות במסלולים רלוונטיים ללמידה הכחדה

אנחנו מראים נהלי השתלת הקלטה כירורגית למדוד אותות חזותיים אלקטרו מן העין (electroretinogram) והמוח (ויזואלי עורר פוטנציאל) בחולדות מודעות, וזה יותר מקביל למצב האנושי שבו הקלטות מתנהלות ללא מקעקעת הרדמה.

השרשה ורישום האלחוטי electroretinogram ופוטנציאל חזותי מעורר אצל חולדות Conscious

חיבור אלחוטי, מערכת דו-כיווני הקלטות עצבית רב ערוצית גירוי ב להתנהג בחופשיות חולדות הוא הציג. המערכת היא קל וקומפקטי, וכך יש השפעה מינימלית על הרפרטואר ההתנהגותי animal´s. יתר על כן, מערכת דו-כיוונית זו מספקת כלי מתוחכם כדי להעריך את קשרי הגומלין סיבתי בין תבניות ההפעלה מוח והתנהגות.

חיבור אלחוטי, ממשק דו-כיווני ההקלטה In Vivo גירוי של פעילות עצבית להתנהג בחופשיות חולדות

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

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 מציג תיבה התנהגותית מבוססת מיקרו-בקר להערכת עיכוב קדם-דחף (PPI) על ידי איסוף נתוני תאוצה מחיישן מתחת לקופסה. נתונים אלה מעריכים ליקויים בשער חושי בחולדות מבודדות חברתית, עם שיטה נוספת לסנכרון נתונים עם פעילות עצבית כדי לקדם מחקרים נוירופיזיולוגיים על הפרעות התנהגות.

פיתוח קופסה התנהגותית להערכת עיכוב קדם-דופק ופעילות עצבית במודלים של בעלי חיים פסיכיאטריים

למדו פרוטוקול ניתוח להשתלת מערך אלקטרודות על עצב הווגוס הבטני בעכברושים. שיטה זו מאפשרת חקר השפעות נוגדות דלקת של גירוי עצבי ללא תופעות לוואי קרדיאליות או נשימתיות.

ניתוח השתלה לגירוי עצב הואגוס בטני ותיעוד מחקרים בחולדות ערות

גלה סרטונים נוספים