Un sistema di misurazione elettromiografica indossabile in tempo reale per piccoli animali
15 novembre 2024
Viene presentato un protocollo per l'installazione e la preparazione di elettrodi intramuscolari, insieme a un dispositivo di misurazione miniaturizzato montabile su animali per l'analisi elettromiografica (EMG) negli studi di locomozione. Questo sistema consente la trasmissione wireless di dati EMG in tempo reale per studiare il recupero della locomozione nei ratti modello di ictus.
Questo metodo cerca di misurare l'EMG nei piccoli animali senza la necessità di un collegamento vincolato alle apparecchiature di misurazione. Il legare può limitare il movimento dell'animale e portare ad alcuni svantaggi. Abbiamo iniziato con la domanda se potevamo affrontare queste limitazioni.
Attualmente stiamo sviluppando e testando un dispositivo di stimolazione elettrica per il trattamento di muscoli e nervi. A differenza dei metodi tradizionali che utilizzano la stimolazione a circuito aperto per il recupero, il nostro approccio incorpora il feedback a circuito chiuso per monitorare l'effetto in tempo reale. Questa integrazione mira a migliorare i risultati terapeutici.
Il nostro obiettivo è quello di miniaturizzare il dispositivo in modo che possa essere utilizzato su animali vivi senza limitarne i movimenti. Sebbene alcuni team di ingegneri esperti possano eseguire test simili casualmente, è difficile per i team con un background puramente scientifico raggiungere questo obiettivo. Il nostro studio mira specificamente a utilizzare un sistema indossabile wireless e abbiamo progettato il dispositivo con questo obiettivo in mente.
Uno dei principali vantaggi è che abbiamo miniaturizzato i connettori e il dispositivo stesso. Questo design aiuta a ridurre il carico durante gli esperimenti di misurazione, soprattutto quando si lavora con soggetti animali. Il nostro laboratorio mira a far progredire la ricerca sui trattamenti dei piccoli animali sviluppando un sistema di misurazione dei biosegnali con monitoraggio del feedback a circuito chiuso.
Questo sistema ci consente di ottenere risultati terapeutici più precisi e adattivi, migliorando l'efficacia dei trattamenti. Per iniziare, taglia un filo di acciaio inossidabile rivestito di politetrafluoroetilene in una lunghezza di 140 millimetri e 60 millimetri. Fai tre nodi a rovescio su un filo lungo 140 millimetri, posizionandoli a 40 e 100 millimetri rispetto al nodo.
Lasciare uno spazio di due millimetri dal nodo sul lato corto dei fili da 140 millimetri. Quindi utilizzare un saldatore per rimuovere parzialmente due millimetri di isolamento. Sul lato lungo, rimuovere completamente due millimetri di isolamento dall'estremità.
Per il filo da 60 millimetri, rimuovere due millimetri di isolamento da un'estremità e 10 millimetri dall'altra estremità. Dopo aver rimosso completamente l'isolamento, fissare il filo saldandolo all'accessorio connettore. Assemblare la parte metallica collegata al filo nell'alloggiamento di plastica.
Collegare il connettore a una guida in plastica stampata in 3D con fori per fissarlo alla pelle dell'animale. Applicare cianoacrilato biocompatibile per evitare che la parte saldata entri in contatto con il sito di incisione. Taglia una piastra di nichel spessa 0,2 millimetri e piegala attorno al connettore per proteggerlo, evitando potenziali danni all'animale.
Per iniziare, usando una forbice chirurgica, praticare un'incisione da 5 a 10 millimetri attorno alla regione lombare del ratto anestetizzato dove verrà attaccato il connettore. Quindi praticare un'incisione di circa 10-15 millimetri sulla pelle sopra il muscolo bersaglio e rimuovere la fascia sotto la pelle per esporre il muscolo. Utilizzare un trocar sterile per creare un passaggio per il passaggio del filo dall'incisione lombare alla posizione del muscolo target.
Dopo aver preparato l'elettrodo a filo e il gruppo connettore, utilizzare il trocar per pizzicare gli elettrodi a filo in corrispondenza dell'incisione lombare e tirarli con cautela fino all'incisione muscolare bersaglio. Utilizzare un ago da sutura per inserire il filo dell'elettrodo nel muscolo bersaglio. Riportare il filo che è passato attraverso il muscolo fino al punto di inserimento.
Fissalo con un nodo a rovescio e taglia il filo rimanente. Dopo aver fissato l'elettrodo a filo nel muscolo bersaglio, suturare il sito di incisione utilizzando un filo di sutura 4/0. Sutura l'incisione sotto il connettore, assicurandoti che l'intero filo sia inserito nel corpo e suturato saldamente.
Infine, fissare il connettore alla pelle dorsale del ratto utilizzando un filo di sutura.
Panoramica
Questo articolo presenta un protocollo per l'installazione e la preparazione di elettrodi intramuscolari e di un dispositivo miniaturizzato per la misurazione destinato all'analisi dell'elettromiografia (EMG). Il sistema permette la trasmissione senza fili di dati EMG in tempo reale, facilitando lo studio del recupero della locomozione in ratti modello di ictus.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Neurofisiologia
- Studi sulla locomozione
- Neuroscienze
Sfondo
- I metodi tradizionali di elettromiografia richiedono spesso connessioni cablate.
- Le connessioni cablate possono limitare i movimenti dell'animale e influenzare i risultati dello studio.
- Questo studio mira a superare tali limitazioni.
- È in corso lo sviluppo di un sistema di retroazione in ciclo chiuso per il monitoraggio in tempo reale.
Scopo dello studio
- Misurare l'EMG in animali di piccole dimensioni senza vincoli.
- Migliorare gli esiti terapeutici mediante retroazione in tempo reale.
- Studiare il recupero della locomozione in ratti modello di ictus.
Metodi Utilizzati
- Installazione di elettrodi intramuscolari.
- Preparazione di un dispositivo di misurazione miniaturizzato.
- Trasmissione senza fili dei dati EMG.
- Monitoraggio in tempo reale del recupero della locomozione.
Risultati principali
- Installazione riuscita di elettrodi intramuscolari.
- Trasmissione wireless efficace dei dati EMG.
- Il monitoraggio in tempo reale ha dimostrato la fattibilità.
- Potenzialità per un'analisi migliorata del recupero della locomozione.
Conclusioni
- Il sistema sviluppato affronta i limiti dei metodi tradizionali.
- La misurazione wireless dell'EMG può migliorare il movimento animale.
- Un feedback in tempo reale potrebbe migliorare le strategie terapeutiche.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale del Contenuto
La misurazione wireless ed in tempo reale dell'EMG in modelli animali di piccola taglia affronta un collo di bottiglia critico nella ricerca neuromuscolare preclinica, consentendo studi comportamentali senza restrizioni e un'acquisizione di dati più fisiologicamente rilevanti. Questa capacità aumenta la fiducia predittiva nei modelli traslazionali e supporta la riduzione del rischio meccanicistica nella validazione di bersagli neuromuscolari. La miniaturizzazione del sistema e l'integrazione del feedback in loop chiuso lo posizionano come una piattaforma riutilizzabile per la scoperta precoce e il progresso del percorso preclinico.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione del Bersaglio
- Consente l'interrogazione funzionale dei percorsi neuromuscolari in modelli animali liberamente mobili.
- Supporta la riduzione del rischio meccanicistico fornendo dati EMG in tempo reale e fisiologicamente rilevanti.
- Facilita la validazione dell'obiettivo attraverso un feedback adattativo e un monitoraggio preciso delle risposte muscolari e nervose.
Sviluppo di screening e saggi
- Prepara modelli animali validati per lo screening di composti e studi di efficacia successivi.
- Standardizza l'acquisizione del segnale EMG per ottenere risultati quantitativi riproducibili tra diversi esperimenti.
- Consente piattaforme sperimentali scalabili e senza fili per lo screening preclinico ad alto rendimento.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Allinea modelli preclinici a parametri locomotori pertinenti alla malattia per lo sviluppo di biomarcatori traslazionali.
- Mantiene la continuità dalla fase iniziale di scoperta fino alla validazione preclinica, supportando test terapeutici adattivi.
- Riduce il rischio traslazionale catturando esiti funzionali in tempo reale in sistemi animali pertinenti.
Integrazione della Pipeline e del Flusso di Lavoro
Questo sistema EMG senza fili si integra nel percorso dalla scoperta alla fase preclinica, supportando la verifica delle ipotesi, l'identificazione dei composti promettenti e la ricerca traslazionale nei percorsi neuromuscolari e riabilitativi.
- Biologia della scoperta: Fornisce dati EMG ad alta fedeltà per la chiarificazione dei percorsi e la verifica delle ipotesi in vivo.
- Screening: Fornisce output EMG riproducibili e quantitativi adatti alla valutazione dell'efficacia dei composti.
- Analisi: Consente il monitoraggio in tempo reale del segnale e il confronto statistico delle risposte locomotorie.
- Ricerca traslazionale: Collega la fase iniziale della scoperta e la validazione preclinica mediante endpoint funzionali rilevanti per la malattia.
- Riutilizzo aziendale: Offre una piattaforma modulare e senza fili adattabile a diversi programmi di ricerca neuromuscolare.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Aumenta la fiducia predittiva e riduce l'ambiguità meccanicistica negli studi neuromuscolari.
- Valore operativo: Migliora la standardizzazione, la riproducibilità e la scalabilità della raccolta dei dati di elettromiografia (EMG).
- Valore strategico: Migliora il processo decisionale di avanzamento o interruzione (go/no-go) e l'efficienza nell'uso del capitale, consentendo la generazione di dati preclinici solidi.
- Impatto sul portafoglio: Favorisce la priorizzazione e la progressione di asset neuromuscolari e riabilitativi con un approccio adeguato alla gestione del rischio.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede competenze nell'implantazione chirurgica di elettrodi e nella gestione di dispositivi wireless.
- Necessita dell'accesso a un'infrastruttura per l'acquisizione e l'analisi dei dati in tempo reale.
- Richiede una standardizzazione tra i gruppi di lavoro per quanto riguarda il posizionamento degli elettrodi e i protocolli di elaborazione dei segnali.
- L'adattamento a diversi modelli animali potrebbe richiedere aggiustamenti nella miniaturizzazione dei connettori e dei dispositivi.
- Le limitazioni potenziali includono la durata del dispositivo e la tolleranza da parte dell'animale, come indicato dalla fonte.
