הבינוי השרשה של מערכת Microinfusion לאספקה מתמשכת של סוכני Neuroactive.
17 במרץ 2008
כפי חקירה המוח הופך מתוחכם יותר, חקירה של מבנים מוחיים המעגלים דורש שיפור רמות של דיוק רזולוציה גבוהה יותר. פיתחנו שיטה להכנת ואת ההשתלה של מערכת עירוי כרונית בתוך המוח ניצול microcannula בורוסיליקט בקוטר טיפ של 50 מיקרון.
שלום, שמי מיילס קנינגהם. יחד עם ריאן או'קונור וסידני וונג, נדגים את הבנייה של מערכת מיקרו אינפוזיה לאספקה רציפה של חומרים נוירואקטיביים. עבודה זו נעשתה במעבדה לשחזור נוירולוגי בבית החולים מקלין, בית הספר לרפואה של הרווארד.
ברצוננו להודות לקרן סידני rbe ול-Narsad על תמיכתם הנדיבה. מצאנו כי ניתן להעביר חומרים נוירואקטיביים באופן אמין לאתרי מוח נפרדים באמצעות צינורית מיקרו מזכוכית סיליקט Bo בקוטר קצה קטן פי 5 עד 10 מזה של צינוריות אספקה קונבנציונליות. בשקופית זו, אנו מראים צינורית עירוי נירוסטה נפוצה ליד צינורית מיקרו שייצרנו כאן במעבדה זו.
הפחתה זו בגודל צינורית המסירה מתורגמת להפחתה דרמטית בטראומה לאזור המוח הנחקר. שיטות קונבנציונליות רבות למעשה, יוצרות נגע של או בתוך תחום העניין, מה שהופך את התוקף של כל תוצאה למוטלת בספק. אתה יכול לראות כאן בפאנל A את כמות ההפרעה לאזור המקומי שנגרמה על ידי צינורית 0.32 מילימטר בהשוואה לצינורית 50 מיקרון בפאנל B. תמונות הספק נמוך אלה הן של תושבות רטובות של קטעי Vibram לא מוכתמים.
אותם קטעים נצבעו אז ב-h ו-e וצולמו בעוצמה גבוהה יותר. כדי להמחיש עוד יותר את ההפחתה בנזק לרקמות עם צינורית המיקרו, מרכיבי מערכת המיקרו-עירוי הם משאבת זט מיני אוסמו עם אפנן זרימת הנירוסטה שלה בו הוסר האוגן. שניים עד שלושה סנטימטרים של צינורות פוליאתילן, צינורית מיקרו סיליקט BOA בהתאמה אישית, וחוט מנחה בגודל 28, וזוהי מערכת המיקרו-עירוי המורכבת המוכנה להשתלה.
פיפטה אנכית סטנדרטית משמשת כאן ליצירת מיקרו קנולות עם המפרט הרצוי. קטבים אופקיים מתאימים גם הם. צינורות הסיליקט של בורה ממוקמים ומאובטחים על ידי שינוי הטמפרטורה של גוף החימום ומתח המוט.
אתה יכול לשחזר באופן אמין מיקרו קנולות בקטרים ספציפיים וקישורי שוק ארוכים מתחדדים. צינורות הסיליקה של בורה מחוממים ומופעל לחץ עדין כדי להפחית את כמות הכיפוף הרצויה לצינור. עיקול זה נעשה במרחק מקצה הצינורית המיקרו המתאים לעומק המטרה המעניינת במוח ומאפשר פינוי מעל הגולגולת.
האורך הסופי של הצינור הדיסטלי של מיקרו צינורית זה, העיקול הוא כתשעה עד 10 מילימטרים. כנראה לא מרוצה מהתוצאה. ריאן מחדיר מחדש את הצינורית הקטנה כדי לבצע התאמה עדינה ולשפר את זווית הכיפוף שם.
זה הרבה יותר טוב להשתמש בעיפרון יהלום. סידני מדגימה שיטה לחיתוך צינור הסיליקט הבורי כחמישה מילימטרים פרוקסימליים לעיקול, תוך החזקת הצינור בחוזקה על משטח קשיח כאשר החלק הדיסטלי של הצינורית המיקרו חופשי לתלות מעל הקצה. היא קולעת את הצינור בצורה היקפית.
לאחר מכן, על ידי הפעלת לחץ עדין, היא מצמידה את הצינור בצורה נקייה לממשק הניקוד. לאחר מכן ניתן לצבוע את הקצה השקוף העדין של הצינורית בדיו קבוע כדי לסייע בהדמיה. במהלך הניתוח בהגדלה, קצה הצינורית המיקרו נחתך במספריים מיקרו-דיסקציה לקוטר הרצוי.
ניתן לאשר את קוטר הקצה באמצעות עין או מיקרוסקופ. חוטי יישור רדיקליים מוכנים מחוט נירוסטה בגודל 28 שנחתך באורכים של כשלושה סנטימטרים. לאחר מכן משתמשים במלקחיים ליצירת וו קטן בקצה כל חוט בקוטר של כשני מילימטרים.
חוטי היישור מונחים בצלחת פטרי יחד עם אורכי שניים עד שלושה סנטימטרים של צינורות פוליאתילן במיקרו צינוריות. ניתן לבנות את מערכת המיקרו-אינפוזיה עם מכשירים המשותפים לרוב המעבדות. מיקרו מלקחיים, מלקחיים קונבנציונליים, מספריים כירורגיים והמוסטטים מונחים בווילון כירורגי לעיקור.
המכשירים, רכיבי מערכת המיקרו-אינפוזיה, כמו גם מספר יריעות נייר אלומיניום מעוקרים באמצעות חיטוי סטנדרטי. מודולטור הזרימה מוסר בזהירות מאריזתו ומונח בצלחת פטרי סטרילית. הוא מוחזק היטב עם המוסטטים ואוגן הפלסטיק מוסר מצינור אפנון הנירוסטה בעזרת מספריים.
המשאבה האוסמוטית המיני מוסרת גם מאריזתה ומונחת בצלחת הפטרי הסטרילית. צינורות הנירוסטה מוכנסים לתוך צינורות הפוליאתילן כשניים עד שלושה מילימטרים, והשניים אטומים יחד באמצעות אפוקסי המופעל באור. אנו משתמשים בקשר לומי מהמעבדה העצבית שלי לעבודה עדינה, אנו ממלאים מזרק CC אחד בקשר לומי ומשתמשים במחט בגודל 27 כמוליך באור בהיר שלומון מרפא תוך שניות ספורות.
המשאבה האוסמוטית המיני מתמלאת על ידי החזקתה במצב זקוף, הזרקה בזהירות באמצעות מחט המילוי המסופקת על ידי היצרן. אנו ממליצים להתבונן בנפח הנוזל המוזרק למשאבה או לשקול את המשאבה לפני ואחרי המילוי כדי לוודא שהמשאבה מלאה לחלוטין ואינה פגומה. שים לב שאנו לא ממליצים לעשות שימוש חוזר במשאבות.
לאחר מכן מוכנס המאפנן המלא עם צינורות הפוליאתילן המחוברים אליו בתוך המשאבה האוסמוטית המיני. נוזל בתוך המשאבה ייאלץ לתוך צינורות הפוליאתילן עם הכנסת מאפנן הקצף. המרחק הראשוני של צינורות פוליאתילן מלאים בנוזל מצוין ויש לראות שהוא גדל לאחר הפעלת המשאבה עם דגירה ומלח סטרילי ב-39 מעלות צלזיוס לאחר 12 שעות דגירה.
המשאבה המיני אוסמוטית המופעלת שקועה במי מלח סטריליים, המספקים סביבה נטולת אוויר לשלבים האחרונים בבניית מערכת המיקרו-עירוי. מזרק המצויד בצינורות פלסטיק בגודל קטן וממולא באותה תמיסה הכלולה במשאבה משמש להוצאת אוויר מהחלק הלא מלא של צינור הפוליאתילן. שימו לב שיש לעקור אוויר בתוך צינורית המיקרו
.באופן דומה, הקצה הדיסטלי של צינור הפוליאתילן עשוי לדרוש הרחבה מסוימת עם מיקרו מלקחיים ולאחר מכן מוכנס הקצה הפרוקסימלי של הצינורית המיקרו. המערכת כולה כעת נקייה מאוויר או שטח מת וניתן להוציא אותה מאמבט המלח ולקנות יבש עם סיבה סטרילית. לאחר מכן מוחל קשר לומה כדי לאבטח את צינורית המיקרו לצינור הפוליאתילן כדי להפחית את קצב הזרימה של המשאבה המיני אוסמוטית בכמחצית, פרפין חם סטרילי מוזג לצלחת פטרי קטנה ומחצית פרוקסימלית של המשאבה המיני אוסמוטית שקועה לזמן קצר.
עודף פרפין נמחק ומערכת המיקרו-אינפוזיה מוחזרת למי מלח סטריליים ומאוחסנת עד לניתוח. רגע לפני השתלה כירורגית. חוט ההנחיה מחובר לעיקול בצינורית המיקרו
.ציר האורך של חוט ההנחיה מיושר עם החלק של צינורית המיקרו שייכנס לרקמת המוח ומקובע בלומון. בתפקיד הזה. לאחר מכן ניתן למקם את מערכת המיקרו-אינפוזיה על מניפולטור מכשיר סטריאוטקסי.
חוט ההנחיה מאובטח בעזרת מהדק זרוע מניפולטור, והמשאבה קשורה מלמעלה בלולאה של תפר סטרילי. זה יתמוך במשקלו ויאפשר ליישר את המיקרו צינורית בצורה מושלמת בניצב לפני הגולגולת על ידי כיפוף זהיר של חוט ההנחיה בעזרת מלקחיים, לאחר מכן ניתן להשתיל את מערכת המיקרו-עירוי באמצעות הליך סטריאוטקסי סטנדרטי. צינור הגולגולת מאובטח למשטח הגולגולת באמצעות דבק.
אנו משתמשים במחצלת ג'רון כדי לפסל כן בעל פרופיל נמוך. לאחר מכן חותכים את חוט ההנחיה העודף המשתרע מעל התכשיר עם פני הכן. באמצעות גלגל חיתוך המחובר למקדחה במהירות גבוהה, ניתן למקם את המשאבה האוסמוטית המיני באופן תת עורי בין נוף החיות.
השיטה הנוכחית מציעה מספר יתרונות על פני טכניקות מסורתיות. ניתן לבנות אותו בהתאמה אישית כדי להתאים למין ולגיל של חיית הניסוי. ניתן לעצב את צינורות הסיליקה כך שיתאימו לפני השטח של גולגולת החיה.
לכן, המאפשר קיבוע מאובטח בפרופיל נמוך ומונע את הצורך בכן גולגולת גדול, ניתן לסגור בקלות את הפצע הניתוחי מעל הדום היעיל של מיקרואינפוזיה, ובכך להפחית את הסיכון לזיהום כמו גם אי נוחות לבעל החיים, ואבטחת המערכת לגולגולת דורשת פחות שטח פנים. לכן, ניתן לבצע הליכים נוספים או עוקבים ללא הפרעה מהדום גדול יותר. עם זאת, חשוב מכל, שיטה זו מפחיתה את הפולשניות והטראומה לסביבה המקומית של אתר העירוי, ובכך ממזערת את אפקט הצופה.
כלומר השינויים שההתבוננות הפעילה תעשה על התופעה הנצפית.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
מאמר זה מציג שיטה להכנה ולהשתלה של מערכת עירוי כרונית בתוך המוח. תוך שימוש במיקרו-קנולה מבורוסיליקט עם קוטר קצה של 50 microns, טכניקה זו מאפשרת דיוק משופר בהחדרת חומרים נוירו-אקטיביים.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום מדעי
- מדעי המוח
- הנדסת מוח
- נוירופרמקולוגיה
רקע
- התקדמויות במדעי המוח דורשות שיטות מדויקות לחקר מבנה המוח.
- מערכות הובלה מסורתיות עשויות להיות חסרות את הרזולוציה הנדרשת.
- מערכות מיקרו-הזרקה יכולות לשפר את הובלתם של חומרים נוירו-אקטיביים.
- מחקר שנערך בבית החולים McLean, בית הספר לרפואה של הרווארד.
מטרת המחקר
- להדגים את בנייתו של מערכת עירוי מיקרוסקופית.
- לאפשר הזרקה רציפה של חומרים נוירו-אקטיביים לאתרים ספציפיים במוח.
- לשפר את דיוק ההזרקה של חומרים נוירו-אקטיביים.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- ייצור של מיקרוקנולה מזכוכית בורוסיליקט.
- השוואה בין המיקרוקנולה לבין קנולות עירוי קונבנציונליות מפלדת אל חלודה.
- טכניקות השתלה כרונית להגשה ממושכת.
- תמיכה מבית היסוד Sydney rbe ומנרסד.
תוצאות עיקריות
- למיקרו-קניולות יש קוטר קצה הקטן פי 5 עד 10 מקניולות קונבנציונליות.
- הוכח כי הן מאפשרות הובלה אמינה של חומרים נוירו-אקטיביים לאתרים מוגדרים במוח.
- דיוק משופר במתן חומרים נוירו-אקטיביים.
- פוטנציאל לשיפור התוצאות במחקרים בתחום מדעי המוח.
מסקנות
- מערכת המיקרו-אינפוזיה שפותחה מייצגת התקדמות משמעותית במתודולוגיות של מדעי העצב.
- מערכות הובלה משופרות יכולות לסייע להשגת תוצאות מחקר מדויקות יותר.
- יישומים עתידיים עשויים להרחיב את השימוש במערכות מיקרו-אינפוזיה במגוון מחקרים במדעי העצב.
שאלות נפוצות
רלוונטיות לתעשייה עבור מנהלים
החדרה מדויקת של חומרים נוירו-אקטיביים לאתרים ספציפיים במוח היא קריטית לתיקוף מטרות (target validation) ולהסרת סיכונים מכניסטיים בתהליך גילוי תרופות למדעי העצבים. מערכת מיקרו-אינפוזיה זו מפחיתה את הפולשנות ואת הטראומה לרקמה, ובכך משפרת את מהימנות הנתונים ואת הביטחון בתוצאות התרגומיות במודלים פרה-קליניים. העיצוב הניתן להתאמה אישית והפרופיל הנמוך תומכים בשימוש רחב על פני מינים שונים ומגוון עיצובי מחקר, ובכך מייעלים את תהליך מיון הפורטפוליו.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביו-פרמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- ערך מדעי: מאפשר בחינה של היפותזות טיפוליות עם השפעה מינימלית של הצופה הנובעת מטראומה כירורגית.
- ערך תפעולי: תומך בהגשה הדירה של תרכובות לצורך תיקוף של מעורבות המטרה in vivo.
סריקה ופיתוח בדיקה
- ערך מדעי: מספקת פלטפורמה סטנדרטית להגשה ממושכת של חומרים פעילים במחקרי תגובה למספר (dose-response).
- ערך תפעולי: מקלה על מוכנות הבדיקה באמצעות ייצור והשתלה עקביים של מיקרוקנולה.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- ערך מדעי: תואם למערכות רלוונטיות למחלה על ידי מתן אפשרות להגשה כרונית במודלים מדויקים מבחינה אנטומית.
- ערך תפעולי: מפחית שונות הנובעת מדלקות ומגורמים מבלבלים של נגעים, ובכך משפר את הניבוי הפרה-קליני.
שילוב צינור עיבוד וזרימת עבודה
השיטה משתלבת בביולוגיה של הגילוי באמצעות בדיקת השערות, סריקה באמצעות הובלה כמותית, ומחקר תרגומי על ידי תמיכה ברציפות טרום-קלינית תוך הפחתת רעש ביולוגי.
- ביולוגיה של גילוי: מאפשרת תיקוף מדויק של מטרות על ידי מזעור נגעים מבלבלים באזורי מוח רלוונטיים.
- סריקה: מספקת חומרים עם הדירות גבוהה, התומכת בתוצאות אמינות של סריקת תרכובות.
- אנליזה: מייצרת חשיפה כמותית של חומרים נוירו-אקטיביים, המסייעת בניתוח השוואתי של מצבים.
- מחקר תרגומי: תומכת ברציפות לתיקוף פרה-קליני על ידי הפחתת גורמים כירורגיים מבלבלים המסיחים אותות של סמנים ביולוגיים.
- שימוש חוזר ארגוני: מהווה יכולת הניתנת לשימוש חוזר להזרקה כרונית במגוון פרויקטים של נוירו-פרמקולוגיה.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: ביטחון חיזוי באמצעות הפחתת עמימות מכנית הנובעת מטראומה כירורגית.
- ערך תפעולי: סטנדרטיזציה ויכולת הרחבה באמצעות ייצור מותאם אישית של מיקרו-קניולות.
- ערך אסטרטגי: שיפור בקבלת החלטות לגבי המשך התקדמות (go/no-go) על ידי הגברת תוקף הנתונים במחקרי תיקוף מטרה.
- השפעה על הפורטפוליו: תיעדוף מותאם סיכון באמצעות שיפור יחס האות לרעש בשלב הפרה-קליני.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות במשיכת מיקרו-פיפטות מזכוכית ועיצובן באמצעות חום.
- דורש גישה למיקרו-פורג' (microforge), למכשור סטריאוטקסי ולטכניקות עבודה אספטיות.
- מצריך סטנדרטיזציה בין-צוותית עבור מימדי הקנולות ופרוטוקולי ההשתלה.
- כולל שיקולי התאמה למבני גולגולת ועומקי מטרה משתנים בין מינים שונים.
- מוגבל על ידי שלבי ייצור ידניים שעלולים להשפיע על הספיק (throughput) ללא הכשרה מודרכת באמצעות וידאו.
