מערכת מדידת אלקטרומיוגרפיה לבישה בזמן אמת לבעלי חיים קטנים
15 בנובמבר 2024
מוצג פרוטוקול להתקנה והכנה של אלקטרודות תוך שריריות, יחד עם מכשיר מדידה ממוזער הניתן להרכבה על בעלי חיים לניתוח אלקטרומיוגרפיה (EMG) במחקרי תנועה. מערכת זו מאפשרת שידור אלחוטי של נתוני EMG בזמן אמת לחקירת התאוששות תנועה בחולדות מודל שבץ.
שיטה זו מבקשת למדוד EMG בבעלי חיים קטנים ללא צורך בחיבור קשור לציוד מדידה. קשירה עלולה להגביל את תנועת החיה ולהוביל לחסרונות מסוימים. התחלנו בשאלה אם נוכל לטפל במגבלות הללו.
בימים אלה אנו מפתחים ובודקים מכשיר גירוי חשמלי לטיפול בשרירים ועצבים. בניגוד לשיטות מסורתיות המשתמשות בגירוי לולאה פתוחה להתאוששות, הגישה שלנו משלבת משוב לולאה סגורה כדי לנטר את ההשפעה בזמן אמת. שילוב זה נועד לשפר את התוצאות הטיפוליות.
ההתמקדות שלנו היא במזעור המכשיר כך שניתן יהיה להשתמש בו על בעלי חיים מבלי להגביל את תנועתם. בעוד שכמה צוותי הנדסה מנוסים עשויים לבצע בדיקות דומות כלאחר יד, זה מאתגר עבור צוותים עם רקע מדעי גרידא להשיג זאת. המחקר שלנו נועד במיוחד להשתמש במערכת לבישה אלחוטית, ותכננו את המכשיר מתוך מחשבה על מטרה זו.
אחד היתרונות המרכזיים הוא שמזערנו את המחברים ואת המכשיר עצמו. עיצוב זה מסייע להפחית את העומס במהלך ניסויי מדידה, במיוחד כאשר עובדים עם נבדקים בבעלי חיים. המעבדה שלנו שואפת לקדם את המחקר על טיפולים בבעלי חיים קטנים על ידי פיתוח מערכת מדידת אותות ביולוגיים עם ניטור משוב בלולאה סגורה.
מערכת זו מאפשרת לנו להשיג תוצאות טיפוליות מדויקות ואדפטיביות יותר, ולשפר את יעילות הטיפולים. כדי להתחיל, חותכים חוט נירוסטה מצופה פוליטטרפלואורואתילן לאורך של 140 מילימטרים ו -60 מילימטרים. קשרו שלושה קשרים על חוט באורך 140 מילימטר, והניחו אותם ב-40 ו-100 מילימטרים ביחס לקשר.
השאירו פער של שני מילימטר מהקשר בצד הקצר של חוטי 140 המילימטר. לאחר מכן השתמש במגהץ כדי להפשיט חלקית שני מילימטרים של בידוד. בצד הארוך, הפשיטו לחלוטין שני מילימטרים של בידוד מהקצה.
עבור חוט 60 מילימטר, הסר שני מילימטרים של בידוד מקצה אחד ו -10 מילימטרים מהקצה השני. לאחר הסרת הבידוד במלואו, תקן את החוט על ידי הלחמתו לאביזר המחבר. הרכיבו את חלק המתכת המחובר לחוט לתוך בית הפלסטיק.
חבר את המחבר למוביל פלסטיק מודפס בתלת מימד עם חורים לאבטחתו לעור החיה. מרחו ציאנואקרילט תואם ביולוגית כדי למנוע מהחלק המולחם ליצור קשר עם מקום החתך. חותכים לוחית ניקל בעובי 0.2 מילימטר וכופפים אותה סביב המחבר כדי להגן עליו, ולמנוע נזק פוטנציאלי מהחיה.
כדי להתחיל, בעזרת מספריים כירורגיים, בצע חתך של 5 עד 10 מילימטרים סביב אזור המותני של החולדה המורדמת שם יחובר המחבר. לאחר מכן בצע חתך של כ-10 עד 15 מילימטרים על העור מעל שריר המטרה, והסר את הפאשיה מתחת לעור כדי לחשוף את השריר. השתמש בטרוקר סטרילי כדי ליצור מעבר לחוט לעבור מהחתך המותני למצב שריר המטרה.
לאחר הכנת מכלול אלקטרודת החוט והמחברים, השתמש בטרוקר כדי לצבוט את אלקטרודות החוט בחתך המותני, ומשוך אותן בזהירות עד לחתך שריר המטרה. השתמש במחט תפר כדי להכניס את חוט האלקטרודה לשריר המטרה. הנח את החוט שעבר דרך השריר בחזרה לנקודת ההכנסה שלו.
אבטח אותו עם קשר מעל וחותך את החוט שנותר. לאחר אבטחת אלקטרודת החוט בשריר המטרה, יש לתפור את מקום החתך באמצעות חוט תפר 4/0. תפרו את החתך מתחת למחבר, וודאו שהחוט כולו מוכנס לגוף ונתפר היטב.
לבסוף, אבטח את המחבר לעור הגב של החולדה באמצעות חוט תפר.
סקירה כללית
מאמר זה מציג פרוטוקול להסtנה והכנה של אלקטרודות תוך-שריריות ומכשיר מדידה ממוזער לניתוח אלקטרומיוגרפיה (EMG). המערכת מאפשרת העברה אלחוטית של נתוני EMG בזמן אמת, ובכך מסייעת בחקר התאוששות התנועתיות בחולדות המשמשות כמודל לשבץ מוחי.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום המדע
- אלקטרופיזיולוגיה
- מחקרי התניידות
- מדעי המוח
רקע
- שיטות EMG מסורתיות דורשות לעיתים קרובות חיבורים קבועים (tethered).
- חיבורים קבועים עלולים להגביל את תנועת בעל החיים ולהשפיע על תוצאות המחקר.
- מחקר זה נועד להתגבר על מגבלות אלו.
- פיתוח של מערכת משוב בלולאה סגורה לניטור בזמן אמת נמצא בתהליכים.
מטרת המחקר
- מדידת EMG בבעלי חיים קטנים ללא חיבור קבוע (tethering).
- שיפור תוצאות טיפוליות באמצעות משוב בזמן אמת.
- בדיקת התאוששות התנועתיות בחולדות במודל של שבץ מוחי.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- השתלה של אלקטרודות תוך-שריריות.
- הכנה של מכשיר מדידה ממוזער.
- שידור אלחוטי של נתוני EMG.
- ניטור בזמן אמת של התאוששות התנועה.
תוצאות עיקריות
- התקנה מוצלחת של אלקטרודות תוך-שריריות.
- שידור אלחוטי יעיל של נתוני EMG.
- ניטור בזמן אמת הדגים היתכנות.
- פוטנציאל לשיפור בניתוח התאוששות התנועה.
מסקנות
- המערכת שפותחה נותנת מענה למגבלות של שיטות מסורתיות.
- מדידת EMG אלחוטית יכולה לשפר את תנועת בעלי החיים.
- משוב בזמן אמת עשוי לשפר אסטרטגיות טיפוליות.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
מדידת EMG אלחוטית בזמן אמת במודלים של בעלי חיים קטנים פותרת צוואר בקבוק קריטי במחקר נוירו-שרירי פרה-קליני, בכך שהיא מאפשרת מחקרים התנהגותיים ללא הגבלה ולכידת נתונים רלוונטיים יותר מבחינה פיזיולוגית. יכולת זו מגבירה את הביטחון החזוי במודלים תרגומיים ותומכת בהפחתת סיכונים מכניסטיים לאישור יעדים נוירו-שריריים. המיניאטוריזציה של המערכת ושילוב משוב בלולאה סגורה ממצבים אותה כפלטפורמה רב-פעמית לגילוי מוקדם ולהקדמת שלבים בצינור הפיתוח הפרה-קליני.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביופארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- מאפשר בחינה תפקודית של מסלולים נוירו-שריריים במודלים של בעלי חיים הנעים בחופשיות.
- תומך בהפחתת סיכונים מכניסטיים על ידי אספקת נתוני EMG בזמן אמת הרלוונטיים מבחינה פיזיולוגית.
- מסייע בתיקוף מטרה באמצעות משוב אדפטיבי וניטור מדויק של תגובות השרירים והעצבים.
סריקה ופיתוח בדיקה
- מכין מודלים עיליים מאושרים לסריקת תרכובות ומחקרי יעילות בהמשך התהליך.
- מסטנדרט את רכישת אותות EMG לקבלת תוצרים כמותיים הניתנים לשחזור בין ניסויים.
- מאפשר פלטפורמות בדיקה אלחוטיות וניתנות להרחבה לסריקה פרה-קלינית בשניומה גבוהה.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- מתאימה מודלים פרה-קליניים למדדי קצה מוטוריים הרלוונטיים למחלה לצורך פיתוח ביומרקרים תרגומיים.
- שומר על רציפות משלב הגילוי המוקדם ועד לתיקוף פרה-קליני באמצעות תמיכה בבדיקות טיפוליות אדפטיביות.
- מפחית את הסיכון התרגומי באמצעות לכידה של תוצאות תפקודיות בזמן אמת במערכות בעלי חיים רלוונטיות.
שילוב תהליכי עבודה וצנרת עיבוד (Pipeline)
מערכת EMG אלחוטית זו משתלבת ברצף השלב שבין הגילוי למחקר הפרה-קליני, ותומכת בבדיקת היפותזות, זיהוי מולקולות מובילות ומחקר תרגומי במסלולי פיתוח של שיקום ומחלות נוירו-שריריות.
- ביולוגיה של גילוי: מספקת נתוני EMG ברמת דיוק גבוהה להבהרת מסלולים ולבדיקת היפותזות in vivo.
- סריקה: מספקת תוצרי EMG כמותיים הניתנים לשחזור, המתאימים להערכת יעילות של תרכובות.
- אנליטיקה: מאפשרת ניטור אותות בזמן אמת והשוואה סטטיסטית של תגובות לוקומוטוריות.
- מחקר תרגומי: מגשרת בין שלבי הגילוי המוקדמים לתיקוף פרה-קליני באמצעות נקודות קצה פונקציונליות רלוונטיות למחלה.
- שימוש חוזר ארגוני: מציעה פלטפורמה אלחוטית ומודולרית הניתנת להתאמה לתוכניות מחקר נוירו-מוסקולריות מגוונות.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החזוי ומפחית עמימות מכניסטית במחקרי מערכות עצב-שריר.
- ערך תפעולי: משפר את הסטנדרטיזציה, את השחזור ואת היכולת להרחבה (scalability) של איסוף נתוני EMG.
- ערך אסטרטגי: משפר את קבלת החלטות מסוג go/no-go ואת היעילות ההונית על ידי מתן אפשרות להפקה חסונה של נתונים פרה-קליניים.
- השפעה על הפורטפוליו: תומך בתעדוף מותאם סיכון ובקידום של נכסי שיקום ומערכות עצב-שריר.
שיקולי יישום
- נדרשת מומחיות בהשתלה כירורגית של אלקטרודות ובטיפול במכשירים אלחוטיים.
- נדרשת גישה לתשתית לרכישת נתונים וניתוחם בזמן אמת.
- נדרש סטנדרטיזציה בין-צוותית של מיקומי האלקטרודות ופרוטוקולים לעיבוד אותות.
- התאמה למודלים שונים של בעלי חיים עשויה לדרוש התאמות של מיניאטוריזציה למחברים ולמכשירים.
- מגבלות פוטנציאליות כוללות את עמידות המכשיר ואת סבירות הסבילות של בעלי החיים, כפי שנ supported על ידי המקור.
