Autonomo e ricaricabile Microneurostimulator endoscopicamente impiantabili nel Submucosa
27 settembre 2018
L'applicazione di basso-energica stimolazione ad alta frequenza può alleviare i sintomi del dysmotility gastrico. In questa ricerca, viene presentato un dispositivo miniaturizzato, endoscopicamente impiantabile e in modalità wireless ricaricabile che viene impiantato in una tasca submucosal. Entrambe le vie comunicazione e controllo di stimolazione sono stati realizzati durante un esperimento il maiale dal vivo.
Il vantaggio principale di questa tecnica è che offre un approccio significativamente meno invasivo. Generalmente, gli individui nuovi a questo metodo avranno difficoltà perché lo sviluppo del dispositivo impiantabile è una disciplina che richiede esperienza sia nella progettazione hardware che software. La dimostrazione visiva di questo metodo è fondamentale in quanto l'impianto submucoso endoscopico è una procedura sperimentale attualmente non utilizzata nella pratica quotidiana.
Per iniziare questa procedura, posizionare i PCB su una superficie piana. Utilizzare un distributore di pasta di saldatura con un ago da 0,6 millimetri e una pressione di 60 PSI per erogare manualmente meno di 15 microlitri della pasta di saldatura su ogni tampone metallico sul PCB. Inizia con il lato superiore del PCB.
Con un paio di pinzette antistatiche, posizionare tutti i componenti sullo strato superiore del PCB. Assegnate le posizioni e i componenti dei componenti ai loro numeri. Successivamente, utilizzare una stazione di pistola ad aria calda PCB a 260 gradi Celsius per saldare tutti i componenti.
Attendere che tutta la pasta di saldatura si sciolga. Mettere via la pistola ad aria calda e lasciare raffreddare la scheda a temperatura ambiente. Collegare il PCB a tutti gli altri componenti elettrici ad eccezione della batteria.
Saldare la bobina di comunicazione di ricarica wireless ai pad due e tre, quindi collegare l'antenna al pad uno e gli elettrodi PCB ai pad numero quattro e cinque. In seguito, saldare la batteria CG-320 ai pad sei e sette. Il terminale negativo della batteria deve essere saldato sul pad sette.
Fai attenzione durante l'esecuzione dei passaggi successivi. Il dispositivo è ora alimentato ed è sensibile ai cortocircuiti e al contatto con oggetti metallici. Successivamente, ridurre il tubo con una pistola ad aria calda riscaldata a 150 gradi Celsius e quindi lasciare raffreddare.
Successivamente, applicare la colla epossidica sull'estremità sinistra per sigillare un lato del tubo, quindi incollare l'elettrodo sul retro del PCB con tubi. Successivamente, sigillare l'altra estremità del tubo. In questo passaggio posizionare i PCB su una superficie piana.
Utilizzare un distributore di pasta di saldatura con ago da 0,6 millimetri e 60 pressioni PSI per erogare manualmente meno di 50 microlitri della pasta di saldatura su ogni tampone metallico sul PCB. Con un paio di pinzette antistatiche, posizionare tutti i componenti sullo strato superiore del PCB. Assegnate la posizione del componente e i componenti ai relativi numeri.
Utilizzare una stazione di pistola ad aria calda PCB preimpostata a 260 gradi Celsius per saldare tutti i componenti. Attendere che tutta la pasta di saldatura si sciolga. Mettere via la pistola ad aria calda e lasciare raffreddare la scheda a temperatura ambiente.
Successivamente, l'alimentatore da 12 volt è collegato alla parete e il connettore USB viene inserito nel PC. Successivamente, apri il software PuTTY. Selezionare Seriale come tipo di connessione, quindi immettere COMX come riga seriale in cui X è il numero della porta COM del dispositivo. Se non è stato installato nessun altro dispositivo porta COM, questo numero sarà uno.
Immettere 38.400 come velocità. Fare clic su Apri. Il dispositivo del trasmettitore del caricabatterie è ora pronto per essere utilizzato.
Per eseguire l'impianto e la visualizzazione, inserire un endoscopio dedicato al modello animale con il dispositivo impiantabile afferrato in un rullante nello stomaco. Quando sei nello stomaco, rilascia il dispositivo. Successivamente, estrarre l'endoscopio.
Equipaggiarlo con un cappuccio di dissezione e quindi reinserirlo nello stomaco. Per impiantare il dispositivo alla submucosa, applicare una soluzione salina mescolata con blu di metilene nello strato submucosale utilizzando un catetere dell'ago per terapia dell'iniezione. Fai un'incisione orizzontale per creare un'apertura nella sottomucosa usando un coltello elettrochirurgico con una punta a forma di manopola.
Inserire un cappuccio apposto nello spazio appena creato e con l'uso di un coltello elettrochirurgico, continuare a interrompere, dilatare e sezionare lo strato submucoso per creare una tasca abbastanza grande da inserire il dispositivo di stimolazione. Afferrare il dispositivo che giace liberamente all'interno dello stomaco con elettrodi correttamente orientati con un afferratore e navigarlo nella tasca sottomucosa. Successivamente, utilizzare due clip emostatiche per fissare il dispositivo in posizione all'interno della tasca submucosa.
Quindi tira fuori l'endoscopio. Metti la clip Ovesco sull'endoscopio e reinserila nello stomaco. Orientate l'endoscopio verso la tasca, afferrate entrambi i lati della tasca e applicate l'Ovesco.
Successivamente, controllare il corretto posizionamento dell'Ovesco. Dopo un impianto riuscito, posizionare la bobina del trasmettitore del caricabatterie in prossimità del dispositivo impiantato, quindi collegare il dongle RTL2832 nel PC. Eseguire il software HDSDR e impostare la frequenza centrale su 432 megahertz. Successivamente, selezionate la frequenza LO a 431,95 megahertz, quindi selezionate la frequenza Tune a 432,00 megahertz.
Selezionare Larghezza di banda a 960.000. Trasmettere una sequenza codificata a Manchester dal trasmettitore del caricabatterie premendo il tasto R nel terminale PuTTY e ricevere la risposta modulata OOK dall'impianto mostrato nella finestra HDSDR principale. Mostrato qui è lo strato superiore di rame del PCB.
I nomi dei componenti sono indicati sul livello superiore. Ed ecco lo strato inferiore di rame del PCB. I nomi dei componenti si trovano sul livello inferiore.
E questa figura mostra l'immagine composita di tutti gli strati di PCB. Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere eseguita in quattro ore per la produzione del dispositivo impiantabile e un'ora per l'impianto e il test del dispositivo se eseguita correttamente. Durante il tentativo di questa procedura, è importante verificare tutte le funzioni del dispositivo impiantabile prima dell'impianto.
Seguendo questa procedura, è possibile eseguire altri metodi come l'ulteriore sviluppo dell'algoritmo e l'elaborazione dei dati al fine di rispondere a domande aggiuntive come l'efficienza del metodo. Dopo il suo sviluppo, questa tecnica ha spianato la strada ai ricercatori nel campo della gastroenterologia per esplorare il terzo spazio nel tratto gastrointestinale. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come eseguire un impianto di endoscopia del micronuerostimulatore gastrico autonomo nella sottomucosa.
Non dimenticare che lavorare con la pasta di saldatura e la produzione di elettronica, incluso lavorare con airgun caldo, può essere pericoloso e precauzioni come guanti e occhiali di sicurezza dovrebbero sempre essere indossate durante l'esecuzione di questa procedura.
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Panoramica
Questo studio indaga un approccio innovativo per alleviare la dismotilità gastrica utilizzando una stimolazione ad alta frequenza e bassa energia tramite un dispositivo miniaturizzato, impiantabile endoscopicamente. Il dispositivo è progettato per l'impianto sottomucoso in modelli di maiale vivi, dimostrando una comunicazione e un controllo della stimolazione di successo.
Componenti chiave dello studio
Area della scienza
- Neuroscienze
- Gastroenterologia
- Ingegneria biomedica
Sfondo
- La dismotilità gastrica è un disturbo significativo, che influenza la funzione gastrica e la qualità della vita del paziente.
- I metodi attuali sono spesso invasivi, portando a complicazioni e un recupero prolungato.
- Nuove tecniche che utilizzano dispositivi impiantabili promettono di ridurre l'invasività.
- Questa ricerca mira a fornire un metodo che potrebbe essere applicabile in futuri contesti clinici.
Obiettivo dello studio
- Progettare e testare un dispositivo impiantabile avanzato per la stimolazione gastrica.
- Esplorare la fattibilità ed efficacia del metodo in modelli animali vivi.
- Migliorare la comprensione della regolazione della motilità gastrica tramite stimolazione elettrica.
Metodi utilizzati
- Lo studio ha utilizzato un modello di maiale vivo per la procedura di impianto.
- È stato sviluppato un dispositivo miniaturizzato progettato per l'impianto sottomucoso.
- I passaggi chiave includevano l'assemblaggio del PCB, la saldatura dei componenti e le tecniche di impianto endoscopico.
- Sono stati delineati i passaggi procedurali importanti, concentrandosi sul posizionamento del dispositivo e sulla sua fissazione all'interno del tessuto gastrico.
Risultati principali
- L'impianto e il recupero dei dati dal dispositivo sono stati realizzati con successo durante gli esperimenti.
- Il processo di comunicazione tra il dispositivo e il sistema di controllo esterno è stato convalidato.
- I risultati iniziali suggeriscono un potenziale per ridurre l'invasività nei protocolli di trattamento per la dismotilità gastrica.
- La ricerca pone le basi per future esplorazioni di dispositivi impiantabili nei disturbi gastrointestinali.
Conclusioni
- Questo studio dimostra un approccio innovativo per trattare la dismotilità gastrica attraverso tecniche minimamente invasive.
- La ricerca futura potrebbe portare ad applicazioni cliniche per la gestione dei disturbi gastrici.
- Le implicazioni si estendono al miglioramento della nostra comprensione della motilità gastrointestinale e potenziali strategie terapeutiche.
Domande frequenti
Executive Industry Relevance
Miniaturized, endoscopically implantable neurostimulators represent a significant advance for translational research in gastrointestinal motility disorders. This approach enables less invasive, rechargeable, and wirelessly controlled interventions, supporting mechanistic de-risking and functional target validation in preclinical models. The technology positions R&D teams to explore neuromodulation strategies with improved predictive confidence and workflow integration.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables functional interrogation of neuromodulation hypotheses in disease-relevant in vivo models.
- Supports biological de-risking by allowing controlled, repeatable stimulation and monitoring of gastric tissue responses.
- Facilitates target validation for bioelectronic therapies addressing gastric dysmotility.
Screening & Assay Development
- Provides a platform for standardized, quantitative assessment of stimulation parameters and tissue responses.
- Enables reproducible device placement and stimulation protocols for comparative studies.
- Supports assay development for evaluating neuromodulatory compound or device effects in vivo.
Translational & Preclinical Research
- Aligns with translational biomarker strategies by enabling real-time monitoring and bidirectional communication in large animal models.
- Bridges discovery and preclinical validation by demonstrating device feasibility and functional readouts in physiologically relevant systems.
- Reduces translational risk by providing scalable, minimally invasive implantation workflows.
Pipeline & Workflow Integration
This implantable device methodology fits within the continuum from early discovery through preclinical validation, supporting both hypothesis testing and translational continuity.
- Discovery Biology: Facilitates mechanistic studies of neuromodulation in gastrointestinal tissue.
- Screening: Enables standardized, quantitative readouts for device and stimulation parameter optimization.
- Analytics: Provides bidirectional communication for real-time data acquisition and device control.
- Translational Research: Demonstrates feasibility in large animal models, supporting preclinical advancement.
- Enterprise Reuse: Offers a reusable platform for iterative device and protocol development across programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in neuromodulation research.
- Operational Value: Standardizes device assembly, implantation, and testing for reproducibility and scalability.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision-making by enabling robust preclinical evaluation of bioelectronic interventions.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of neuromodulation assets targeting gastrointestinal disorders.
Implementation Considerations
- Requires multidisciplinary expertise in electronics, software, and endoscopic surgical techniques.
- Demands access to specialized instrumentation for device assembly, wireless charging, and bidirectional communication.
- Necessitates rigorous cross-team standardization of implantation and testing protocols.
- Adaptation to other model systems may require device and workflow customization.
- Practical limitations include the need for careful device verification and safety precautions during assembly and implantation.
