Name: Una cassetta degli attrezzi per la progettazione di impianti neurali per primati non umani (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-02-09T14:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 33 s
Description: Scopri un metodo automatizzato per la modellazione di cervello e cranio da scansioni MRI per primati non umani. Questo approccio ottimizza la pianificazione neurochirurgica e il design di impianti personalizzati.

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Ringraziamo Toni Haun, Keith Vogel e Shawn Fisher per il loro aiuto tecnico e supporto. Questo lavoro è stato sostenuto dall'Università di Washington Mary Gates Endowment (R.I.), dal National Institute of Health NIH 5R01NS116464 (T.B., A.Y.), dal NIH R01 NS119395 (D.J.G., A.Y.), dal Washington National Primate Research Center (WaNPRC, NIH P51 OD010425, U42 OD011123), dal Center for Neurotechnology (EEC-1028725, Z.A., D.J.G.) e dal Weill Neurohub (Z.I.).

Modellazione 3D automatizzata di cervello e cranio da risonanza magnetica per la pianificazione neurochirurgica NHP

<ol><li>Mitchell, A. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Continued+need+for+nonhuman+primate+neuroscience+research%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Biology%22%5BJournal%5D)">Continued need for nonhuman primate neuroscience research.</a> Current Biology. 28 (20), R1186-R1187 (2018).</li>
<li>Stanis, N., Khateeb, K., Zhou, J., Wang, R. K., Yazdan-Shahmorad, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Protocol+to+study+ischemic+stroke+by+photothrombotic+lesioning+in+the+cortex+of+nonhuman+primates%5BTitle%5D)+AND+%22STAR+Protocols%22%5BJournal%5D)">Protocol to study ischemic stroke by photothrombotic lesioning in the cortex of nonhuman primates.</a> STAR Protocols. 4 (3), 102496(2023).</li>
<li>Tremblay, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+open+resource+for+nonhuman+primate+optogenetics%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">An open resource for nonhuman primate optogenetics.</a> Neuron. 108 (6), 1075-1090 (2020).</li>
<li>Zhou, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neuroprotective+effects+of+electrical+stimulation+following+ischemic+stroke+in+nonhuman+primates%5BTitle%5D)+AND+%222022+44th+Annual+International+Conference+of+the+IEEE+Engineering+in+Medicine+%26+Biology+Society+%28EMBC%29%22%5BJournal%5D)">Neuroprotective effects of electrical stimulation following ischemic stroke in nonhuman primates.</a> 2022 44th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine & Biology Society (EMBC). 2022, 3085-3088 (2022).</li>
<li>Yao, Z., Yazdan-Shahmorad, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+quantitative+model+for+estimating+the+scale+of+photochemically+induced+ischemic+stroke%5BTitle%5D)+AND+%222018+40th+Annual+International+Conference+of+the+IEEE+Engineering+in+Medicine+and+Biology+Society+%28EMBC%29%22%5BJournal%5D)">A quantitative model for estimating the scale of photochemically induced ischemic stroke.</a> 2018 40th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC). 2018, 2744-2747 (2018).</li>
<li>Yazdan-Shahmorad, A., Silversmith, D. B., Kharazia, V., Sabes, P. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Targeted+cortical+reorganization+using+optogenetics+in+nonhuman+primates%5BTitle%5D)+AND+%22eLife%22%5BJournal%5D)">Targeted cortical reorganization using optogenetics in nonhuman primates.</a> eLife. 7, e31034(2018).</li>
<li>Macknik, S. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Advanced+circuit+and+cellular+imaging+methods+in+nonhuman+primates%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Advanced circuit and cellular imaging methods in nonhuman primates.</a> The Journal of Neuroscience. 39 (42), 8267-8274 (2019).</li>
<li>Griggs, D. J., Belloir, T., Yazdan-Shahmorad, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Large-scale+neural+interfaces+for+optogenetic+actuators+and+sensors+in+non-human+primates%5BTitle%5D)+AND+%22SPIE+BiOS%22%5BJournal%5D)">Large-scale neural interfaces for optogenetic actuators and sensors in non-human primates.</a> SPIE BiOS. , (2021).</li>
<li>Yazdan-Shahmorad, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Large-scale+interface+for+optogenetic+stimulation+and+recording+in+nonhuman+primates%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">A Large-scale interface for optogenetic stimulation and recording in nonhuman primates.</a> Neuron. 89 (5), 927-939 (2016).</li>
<li>Ruiz, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optogenetics+through+windows+on+the+brain+in+the+nonhuman+primate%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Optogenetics through windows on the brain in the nonhuman primate.</a> Journal of Neurophysiology. 110 (6), 1455-1467 (2013).</li>
<li>Griggs, D. J., Khateeb, K., Philips, S., Chan, J. W., Ojemann, W., Yazdan-Shahmorad, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optimized+large-scale+optogenetic+interface+for+nonhuman+primates%5BTitle%5D)+AND+%22SPIE+BiOS%22%5BJournal%5D)">Optimized large-scale optogenetic interface for nonhuman primates.</a> SPIE BiOS. , (2019).</li>
<li>Yazdan-Shahmorad, A., Diaz-Botia, C., Hanson, T., Ledochowitsch, P., Maharabiz, M. M., Sabes, P. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Demonstration+of+a+setup+for+chronic+optogenetic+stimulation+and+recording+across+cortical+areas+in+non-human+primates%5BTitle%5D)+AND+%22SPIE+BiOS%22%5BJournal%5D)">Demonstration of a setup for chronic optogenetic stimulation and recording across cortical areas in non-human primates.</a> SPIE BiOS. , (2015).</li>
<li>Bollimunta, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Head-mounted+microendoscopic+calcium+imaging+in+dorsal+premotor+cortex+of+behaving+rhesus+macaque%5BTitle%5D)+AND+%22Cell+Reports%22%5BJournal%5D)">Head-mounted microendoscopic calcium imaging in dorsal premotor cortex of behaving rhesus macaque.</a> Cell Reports. 35 (11), 109239(2021).</li>
<li>Hacking, S. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+roughness+enhances+the+osseointegration+of+titanium+headposts+in+nonhuman+primates%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience+Methods%22%5BJournal%5D)">Surface roughness enhances the osseointegration of titanium headposts in nonhuman primates.</a> Journal of Neuroscience Methods. 211 (2), 237-244 (2012).</li>
<li>Romero, M. C., Davare, M., Armendariz, M., Janssen, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neural+effects+of+transcranial+magnetic+stimulation+at+the+single-cell+level%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Neural effects of transcranial magnetic stimulation at the single-cell level.</a> Nature Communications. 10 (1), 2642(2019).</li>
<li>Khateeb, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+versatile+toolbox+for+studying+cortical+physiology+in+primates%5BTitle%5D)+AND+%22Cell+Reports+Methods%22%5BJournal%5D)">A versatile toolbox for studying cortical physiology in primates.</a> Cell Reports Methods. 2 (3), 100183(2022).</li>
<li>Griggs, D. J., Khateeb, K., Zhou, J., Liu, T., Wang, R., Yazdan-Shahmorad, A. Multi-modal artificial dura for simultaneous large-scale optical access and large-scale electrophysiology in nonhuman primate cortex. Journal of Neural Engineering. 18 (5), 055006(2021).</li>
<li>Belloir, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Large-scale+multimodal+surface+neural+interfaces+for+primates%5BTitle%5D)+AND+%22iScience%22%5BJournal%5D)">Large-scale multimodal surface neural interfaces for primates.</a> iScience. 26 (1), 105866(2023).</li>
<li>Khateeb, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+practical+method+for+creating+targeted+focal+ischemic+stroke+in+the+cortex+of+nonhuman+primates%5BTitle%5D)+AND+%222019+41st+Annual+International+Conference+of+the+IEEE+Engineering+in+Medicine+and+Biology+Society+%28EMBC%29%22%5BJournal%5D)">A practical method for creating targeted focal ischemic stroke in the cortex of nonhuman primates.</a> 2019 41st Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC). , 3515-3518 (2019).</li>
<li>Griggs, D., Belloir, T., Zhou, J., Yazdan-Shahmorad, A. Convection Enhanced Delivery of Viral Vectors. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aGriggs%2C+D+%22Vectorology+for+Optogenetics+and+Chemogenetics%22">Vectorology for Optogenetics and Chemogenetics</a>. , Humana. New York, NY. (2023).</li>
<li>Khateeb, K., Griggs, D. J., Sabes, P. N., Yazdan-Shahmorad, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Convection+enhanced+delivery+of+optogenetic+adeno-associated+viral+vector+to+the+cortex+of+Rhesus+Macaque+under+guidance+of+online+MRI+images%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Convection enhanced delivery of optogenetic adeno-associated viral vector to the cortex of Rhesus Macaque under guidance of online MRI images.</a> Journal of Visualized Experiments. (147), e59232(2019).</li>
<li>Yazdan-Shahmorad, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Widespread+optogenetic+expression+in+macaque+cortex+obtained+with+MR-guided%2C+convection+enhanced+delivery+%28CED%29+of+AAV+vector+to+the+thalamus%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience+Methods%22%5BJournal%5D)">Widespread optogenetic expression in macaque cortex obtained with MR-guided, convection enhanced delivery (CED) of AAV vector to the thalamus.</a> Journal of Neuroscience Methods. 293, 347-358 (2018).</li>
<li>Griggs, D. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improving+the+efficacy+and+accessibility+of+intracranial+viral+vector+delivery+in+nonhuman+primates%5BTitle%5D)+AND+%22Pharmaceutics%22%5BJournal%5D)">Improving the efficacy and accessibility of intracranial viral vector delivery in nonhuman primates.</a> Pharmaceutics. 14 (7), 1435(2022).</li>
<li>Chen, L. M., Heider, B., Williams, G. V., Healy, F. L., Ramsden, B. M., Roe, A. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+chamber+and+artificial+dura+method+for+long-term+optical+imaging+in+the+monkey%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience+Methods%22%5BJournal%5D)">A chamber and artificial dura method for long-term optical imaging in the monkey.</a> Journal of Neuroscience Methods. 113 (1), 41-49 (2002).</li>
<li>Adams, D. L., Economides, J. R., Jocson, C. M., Horton, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Biocompatible+titanium+headpost+for+stabilizing+behaving+monkeys%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">A Biocompatible titanium headpost for stabilizing behaving monkeys.</a> Journal of Neurophysiology. 98 (2), 993-1001 (2007).</li>
<li>Bloch, J., Greaves-Tunnell, A., Shea-Brown, E., Harchaoui, Z., Shojaie, A., Yazdan-Shahmorad, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Network+structure+mediates+functional+reorganization+induced+by+optogenetic+stimulation+of+nonhuman+primate+sensorimotor+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22iScience%22%5BJournal%5D)">Network structure mediates functional reorganization induced by optogenetic stimulation of nonhuman primate sensorimotor cortex.</a> iScience. 25 (5), 104285(2022).</li>
<li>Bloch, J. A., Khateeb, K., Silversmith, D. B., O'Doherty, J. E., Sabes, P. N., Yazdan-Shahmorad, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cortical+stimulation+induces+network-wide+coherence+change+in+nonhuman+primate+somatosensory+cortex%5BTitle%5D)+AND+%222019+41st+Annual+International+Conference+of+the+IEEE+Engineering+in+Medicine+and+Biology+Society+%28EMBC%29%22%5BJournal%5D)">Cortical stimulation induces network-wide coherence change in nonhuman primate somatosensory cortex.</a> 2019 41st Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC). , 6446-6449 (2019).</li>
<li>Vnek, N., Ramsden, B. M., Hung, C. P., Goldman-Rakic, P. S., Roe, A. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+imaging+of+functional+domains+in+the+cortex+of+the+awake+and+behaving+monkey%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences%22%5BJournal%5D)">Optical imaging of functional domains in the cortex of the awake and behaving monkey.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 96 (7), 4057-4060 (1999).</li>
<li>Psarou, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modular%2C+cement-free%2C+customized+headpost+and+connector-chamber+implants+for+macaques%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience+Methods%22%5BJournal%5D)">Modular, cement-free, customized headpost and connector-chamber implants for macaques.</a> Journal of Neuroscience Methods. 393, 109899(2023).</li>
<li>Chen, X., Possel, J. K., Wacongne, C., van Ham, A. F., Klink, P. C., Roelfsema, P. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+printing+and+modelling+of+customized+implants+and+surgical+guides+for+nonhuman+primates%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience+Methods%22%5BJournal%5D)">3D printing and modelling of customized implants and surgical guides for nonhuman primates.</a> Journal of Neuroscience Methods. 286, 38-55 (2017).</li>
<li>Prescott, M. J., Poirier, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+role+of+MRI+in+applying+the+3Rs+to+nonhuman+primate+neuroscience%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">The role of MRI in applying the 3Rs to nonhuman primate neuroscience.</a> NeuroImage. 225, 117521(2021).</li>
<li>Basso, M. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Using+non-invasive+neuroimaging+to+enhance+the+care%2C+well-being+and+experimental+outcomes+of+laboratory+nonhuman+primates+%28monkeys%29%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Using non-invasive neuroimaging to enhance the care, well-being and experimental outcomes of laboratory nonhuman primates (monkeys).</a> NeuroImage. 228, 117667(2021).</li>
<li>Ahmed, Z., Agha, N., Trunk, A., Berger, M., Gail, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Universal+guide+for+skull+extraction+and+custom-fitting+of+implants+to+continuous+and+discontinuous+skulls%5BTitle%5D)+AND+%22eNeuro%22%5BJournal%5D)">Universal guide for skull extraction and custom-fitting of implants to continuous and discontinuous skulls.</a> eNeuro. 9 (3), (2022).</li>
<li>Blonde, J. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Customizable+cap+implants+for+neurophysiological+experimentation%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience+Methods%22%5BJournal%5D)">Customizable cap implants for neurophysiological experimentation.</a> Journal of Neuroscience Methods. 304, 103-117 (2018).</li>
<li>Ojemann, W. K. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+MRI-based+toolbox+for+neurosurgical+planning+in+nonhuman+primates%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">A MRI-based toolbox for neurosurgical planning in nonhuman primates.</a> Journal of Visualized Experiments. (161), e61098(2020).</li>
<li>Safari, A. H. Make STL of 3D array (Optimal for 3D printing). MathWorks. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/68794-make-stl-of-3d-array-optimal-for-3d-printing">https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/68794-make-stl-of-3d-array-optimal-for-3d-printing</a> (2018).</li>
<li>Lohsen, G. stlwrite - Write binary or ascii STL file. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/36770-stlwrite-write-binary-or-ascii-stl-file">https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/36770-stlwrite-write-binary-or-ascii-stl-file</a> (2023).</li>
<li>Michikawa, T., Suzuki, H., Moriguchi, M., Ogihara, N., Kondo, O., Kobayashi, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automatic+extraction+of+endocranial+surfaces+from+CT+images+of+crania%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Automatic extraction of endocranial surfaces from CT images of crania.</a> PLoS One. 12 (4), 0168516(2017).</li>
<li>Overton, J. A., Cooke, D. F., Goldring, A. B., Lucero, S. A., Weatherford, C., Recanzone, G. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improved+methods+for+acrylic-free+implants+in+nonhuman+primates+for+neuroscience+research%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Improved methods for acrylic-free implants in nonhuman primates for neuroscience research.</a> Journal of Neurophysiology. 118 (6), 3252-3270 (2017).</li>
<li>Ortiz-Rios, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improved+methods+for+MRI-compatible+implants+in+nonhuman+primates%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience+Methods%22%5BJournal%5D)">Improved methods for MRI-compatible implants in nonhuman primates.</a> Journal of Neuroscience Methods. 308, 377-389 (2018).</li>
</ol>

Nulla da rivelare.

Questo documento delinea un metodo semplice e preciso di pianificazione neurochirurgica che non è solo utile per lo sviluppo di componenti utilizzati per l'impianto della finestra cranica NHP, ma anche trasferibile ad altre aree di ricerca neuroscientifica NHP 13,15,25. Rispetto ad altri metodi attuali di pianificazione e progettazione dell'impianto NHP 25,29,30, questa procedura ha il potenziale per esse...

I primati non umani (NHP) sono modelli inestimabili per la ricerca medica traslazionale perché sono evolutivamente e comportamentalmente simili agli esseri umani. Gli NHP hanno acquisito particolare importanza negli studi preclinici di ingegneria neurale perché i loro cervelli sono modelli altamente rilevanti della funzione e della disfunzione neurale1,2,3,4,5,6,7,8. Alcune potenti tecniche di stimolazione e registrazione del cervello, come l'optogenetica, l'imaging del calcio e altre, sono meglio servite con l'accesso diretto al cervello attraverso le finestre craniche9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23. Nelle NHP, le finestre craniche sono spesso ottenute con una camera e una dura artificiale per proteggere il cervello e supportare la sperimentazione a lungo termine8,10,12,17,18,24,25,26,27. Allo stesso modo, i pali della testa spesso accompagnano le camere per stabilizzare e allineare la testa durante gli esperimenti14,15,25,26,28,29,30. L'efficacia di questi componenti dipende fortemente da quanto bene si adattano al cranio. Un adattamento più vicino al cranio promuove l'integrazione ossea e la salute del cranio diminuendo la probabilità di infezione, osteonecrosi e instabilità dell'impianto31. Metodi di progettazione convenzionali, come la piegatura manuale del palo durante l'intervento chirurgico25,29 e stimare la curvatura del cranio adattando i cerchi alle fette coronali e sagittali delle scansioni di risonanza magnetica (RM)9,12 può introdurre complicazioni dovute all'imprecisione. Anche il più preciso di questi crea spazi di 1-2 mm tra l'impianto e il cranio, fornendo spazio per l'accumulo del tessuto di granulazione29. Queste lacune introducono inoltre difficoltà nel posizionamento delle viti in chirurgia9, compromettendo la stabilità dell'impianto. Più recentemente sono stati sviluppati impianti personalizzati per migliorare l'osteointegrazione e la longevità dell'impianto9,29,30,32. I costi aggiuntivi hanno accompagnato i progressi nella progettazione di impianti personalizzati a causa della dipendenza dai modelli computazionali. I metodi più accurati richiedono attrezzature sofisticate come le macchine per la tomografia computerizzata (TC) oltre alle macchine per l'imaging RM (MRI)30,32,33 e persino fresatrici a controllo numerico computerizzato (CNC) per lo sviluppo di prototipi di impianti25,29,32,34. Ottenere l'accesso sia alla risonanza magnetica che alla TC, in particolare per l'uso con NHP, potrebbe non essere fattibile per i laboratori che necessitano di impianti su misura come camere craniche e copricapo.
Di conseguenza, c'è bisogno nella comunità di tecniche di pianificazione neurochirurgica e sperimentale poco costose, accurate e non invasive che facilitino la progettazione e la convalida degli impianti prima dell'uso. Questo documento descrive un metodo per generare rappresentazioni virtuali 3D del cervello e del cranio dai dati RM per la pianificazione della posizione della craniotomia e la progettazione di camere craniche e copricapi personalizzati che si adattano al cranio. Questa procedura semplificata fornisce un disegno standardizzato che può avvantaggiare i risultati sperimentali e il benessere degli animali da ricerca. Per questa modellazione è necessaria solo la risonanza magnetica perché sia l'osso che i tessuti molli sono rappresentati nella risonanza magnetica. Invece di utilizzare una fresatrice CNC, i modelli possono essere stampati in 3D a basso costo, anche quando sono necessarie più iterazioni. Ciò consente anche di stampare in 3D il design finale in metalli biocompatibili come il titanio per l'impianto. Inoltre, descriviamo la fabbricazione di una dura artificiale, che viene posizionata all'interno della camera cranica al momento dell'impianto. Questi componenti possono essere convalidati pre-chirurgicamente inserendo tutte le parti su un modello stampato in 3D a grandezza naturale del cranio e del cervello.

<table><tbody><tr><td>Software di stampa 3D (Semplifica 3D) (a pagamento)</td><td>Simplify3D</td><td>Versione 4.1</td><td>Utilizzato per la stampa 3D con la stampante MakerGear</td></tr><tr><td>C-Clamp</td><td>Bessey</td><td>CM22</td><td>Utilizzato per la fabbricazione di dura artificiale, capacità di 2-1/2 pollici, gola da 1-3/8 pollici</td></tr><tr><td>Formlabs Form 3+ Stampante 3D</td><td>Formlabs</td><td>Form 3+</td><td>Utilizzato per la stampa 3D precisa</td></tr><tr><td>MakerGear M2 Stampante 3D</td><td>MakerGear</td><td>M2 revG</td><td>Utilizzato per la stampa 3D di prototipi di impianti</td></tr><tr><td>MATLAB (a pagamento)</td><td>MathWorks</td><td>R2021b</td><td>Utilizzato per l'isolamento del cervello e del cranio, la visualizzazione della craniotomia virtuale e la riduzione STL del cranio</td></tr><tr><td>Sistema di risonanza magnetica Phillips Acheiva</td><td>Philips</td><td>4522 991 19391</td><td>Utilizzato per l'imaging di primati non umani</td></tr><tr><td>Resina fotopolimerica</td><td>Formlabs</td><td>FLGPGR04</td><td>1L, grigio, utilizzato per stampe 3D precise con la stampante Formlabs...</td></tr><tr><td>Software per la preparazione della stampa PreForm</td><td>Formlabs</td><td>versione 2.17.0</td><td>utilizzato per la stampa 3D con la stampante Formlabs.</td></tr><tr><td>Filamento di Stampa (PLA)</td><td>MatterHackers</td><td>88331</td><td>PLA 1,75 mm Bianco. Utilizzato per la stampa 3D con la stampante MakerGear</td></tr><tr><td>Silicone CAT-1300</td><td>Shin-Etsu</td><td></td><td>Utilizzato per la fabbricazione di durate artificiali</td></tr><tr><td>Silicone KE1300-T</td><td>Shin-Etsu</td><td></td><td>Utilizzato per la fabbricazione di durate artificiali</td></tr><tr><td>SolidWorks (a pagamento)</td><td>Dassault Systems</td><td>2020</td><td>Utilizzato per la progettazione di camere e paletti di sterzo</td></tr><tr><td>Syn.Flex-S Multicoil</td><td>Philips</td><td>45221318123</td><td>Utilizzato per non umani imaging dei primati</td></tr></tbody></table>

una cassetta degli attrezzi per la progettazione di impianti neurali per primati non umani

A Neural Implant Design Toolbox for Nonhuman Primates

Questo documento descrive un metodo interno di modellazione 3D del cervello e del cranio dalla risonanza magnetica (MRI) su misura per la pianificazione neurochirurgica dei primati non umani (NHP). Questa tecnica automatizzata e computazionale basata su software fornisce un modo efficiente per estrarre le caratteristiche del cervello e del cranio dai file di risonanza magnetica rispetto alle tradizionali tecniche di estrazione manuale che utilizzano software di imaging. Inoltre, la procedura fornisce un metodo per visualizzare il cervello e il cranio craniotomizzato insieme per una pianificazione chirurgica intuitiva e virtuale. Questo genera una drastica riduzione di tempo e risorse rispetto a quelle richieste dal lavoro passato, che si basava sulla stampa 3D iterativa. Il processo di modellazione del cranio crea un'impronta che viene esportata nel software di modellazione per progettare camere craniche e copricapi su misura per l'impianto chirurgico. Gli impianti chirurgici su misura riducono al minimo gli spazi tra l'impianto e il cranio che potrebbero introdurre complicazioni, tra cui infezioni o diminuzione della stabilità. Implementando queste fasi pre-chirurgiche, si riducono le complicanze chirurgiche e sperimentali. Queste tecniche possono essere adattate ad altri processi chirurgici, facilitando una pianificazione sperimentale più efficiente ed efficace per i ricercatori e, potenzialmente, i neurochirurghi.

Questi componenti sono stati precedentemente convalidati utilizzando una combinazione di visualizzazioni MRI e modelli anatomici stampati in 3D. Confrontando la visualizzazione automatica della craniotomia con la craniotomia stampata in 3D e la risonanza magnetica nella posizione della craniotomia, è evidente che la rappresentazione virtuale della craniotomia riflette accuratamente la regione del cervello a cui è possibile accedere con la posizione della craniotomia specificata (<strong c...

Questo documento delinea i processi automatizzati per la pianificazione neurochirurgica dei primati non umani basata su scansioni di risonanza magnetica (MRI). Queste tecniche utilizzano passaggi procedurali nella programmazione e nelle piattaforme di progettazione per supportare la progettazione di impianti personalizzati per NHP. La validità di ogni componente può quindi essere confermata utilizzando modelli anatomici tridimensionali (3D) stampati a grandezza naturale.

Una cassetta degli attrezzi per la progettazione di impianti neurali per primati non umani

This paper describes an in-house method of 3D brain and skull modeling from magnetic resonance imaging (MRI) tailored for nonhuman primate (NHP) ...

La nostra ricerca offre un metodo efficiente e automatizzato per la modellazione del cervello e del cranio, utile per la pianificazione neurochirurgica e la progettazione di impianti personalizzati. Facilita l'estrazione simultanea di modelli cerebrali e cranici utilizzando un'unica piattaforma software, eliminando la necessità di processi di imaging aggiuntivi come le scansioni tomografiche commutate. Negli ultimi anni, la modellazione virtuale del cervello e del cranio per l'imaging medico, come la risonanza magnetica o la TAC, è stata sempre più adottata per la pianificazione neurochirurgica NHP.Questi modelli, utilizzati insieme a software di progettazione 3D e stampa 3D, consentono la creazione di impianti personalizzati su misura per esperimenti e animali specifici. Molti esperimenti di neuroscienze sui primati non umani richiedono l'uso di camere craniche croniche e posti di testa. L'uso di impianti generici introduce lacune tra l'impianto e il cranio, che possono comportare tassi più elevati di infezione, osteonecrosi e instabilità dell'impianto, compromettendo così gli esperimenti e il benessere dell'animale.I nostri impianti personalizzati riducono le lacune e i problemi

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Bioingegneria

Questo lavoro presenta un protocollo per eseguire un impianto stereotassico e neurochirurgico di array di microelettrodi nel comune marmoset. Questo metodo consente specificamente registrazioni elettrofisiologiche in animali che si comportano liberamente, ma può essere facilmente adattato a qualsiasi altro intervento neurochirurgico simile in questa specie (ad esempio, cannula per la somministrazione di farmaci o elettrodi per la stimolazione cerebrale).

Chirurgia stereotassica per l'impianto di array di microelettrodi nel Common Marmoset (Callithrix jacchus)

Il metodo descritto di seguito mira a fornire un protocollo completo per la preparazione della neurochirurgia dei primati non umani (NHP) utilizzando una nuova combinazione di metodi di stampa tridimensionali (3D) ed estrazione di dati MRI.

Una cassetta degli attrezzi basata sulla risonanza testurtica per la pianificazione neurochirurgica in primati non umani

Qui, presentiamo un impianto unico e stampabile in 3D per ratti, chiamato TD Drive, in grado di registrare elettrodi a filo bilaterali simmetrici, attualmente in un massimo di dieci aree cerebrali distribuite contemporaneamente.

TD Drive: un impianto parametrico open-source per registrazioni elettrofisiologiche multi-area in ratti comportamentali e addormentati

Qui presentiamo un sistema di impianto di sonde leggero ed economico per l'elettrofisiologia cronica nei roditori, ottimizzato per la facilità d'uso, il recupero della sonda, la versatilità sperimentale e la compatibilità con il comportamento.

L'impianto DREAM: un sistema implantare leggero, modulare ed economico per l'elettrofisiologia cronica in topi con testa fissa e a comportamento libero

Questo protocollo presenta una scatola comportamentale basata su microcontrollore per valutare l'inibizione del preimpulso (PPI) raccogliendo dati di accelerazione da un sensore sotto la scatola. Questi dati valutano i deficit di gating sensoriale nei ratti socialmente isolati, con un metodo aggiuntivo per sincronizzare i dati con l'attività neuronale per far avanzare gli studi di neurofisiologia sui disturbi comportamentali.

Sviluppo di una scatola comportamentale per la valutazione dell'inibizione del preimpulso e dell'attività neurale in modelli animali psichiatrici

L'adattamento e l'uso di un robot tattile in un fMRI 3T è descritto.

Adattamento di un robot tattile in un fMRI 3T

Abbiamo progettato un nuovo bioreattore carico meccanico in grado di applicare sollecitazioni meccaniche monoassiale o biassiale per un biocomposite cartilagine prima del trapianto in un difetto della cartilagine articolare.

Progettazione di un biassiale Carico meccanico bioreattore per l&#39;ingegneria tissutale

La decellularizzazione dell'intero organo produce scaffold biologici naturali che possono essere utilizzati per la medicina rigenerativa. Viene presentata la descrizione di un modello di rigenerazione polmonare di primati non umani in cui interi polmoni vengono decellularizzati e quindi seminati con cellule staminali adulte e cellule endoteliali in un bioreattore che facilita la circolazione vascolare e la ventilazione con mezzi liquidi.

Decellularizzazione e ricellularizzazione polmonare di primati non umani utilizzando un bioreattore specializzato per grandi organi

Descriviamo un disegno di esperimenti approccio che può essere utilizzato per determinare e modellare l'influenza del transgene elementi regolatori, parametri di crescita e sviluppo delle piante, e condizioni di incubazione sulla espressione transiente di anticorpi monoclonali e proteine ​​reporter nelle piante.

Caratterizzazione dei sistemi complessi Utilizzando il Design of Experiments Approccio: Transient Protein Expression in tabacco come un caso di studio

La misurazione in vivo delle contrazioni della muscolatura liscia lungo il tratto gastrointestinale degli animali da laboratorio rimane una tecnica potente, anche se sottoutilizzata. Gli estensimetri flessibili a doppio elemento non sono disponibili in commercio e richiedono la fabbricazione. Questo protocollo descrive la costruzione di estensimetri affidabili ed economici per l'impianto acuto o cronico nei roditori.

Fabbricazione e impianto di miniatura a doppio elemento Estensimetri per misurazione<em&gt; In Vivo</em&gt; Gastrointestinale Contrazioni nei roditori.

Scopri un metodo automatizzato per la modellazione di cervello e cranio da scansioni MRI per primati non umani. Questo approccio ottimizza la pianificazione neurochirurgica e il design di impianti personalizzati.

Una cassetta degli attrezzi per la progettazione di impianti neurali per primati non umani

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