慢性生体内筋電図用埋め込み型システム
2020年4月21日
ここで提示される、呼び起こされた、自発的な筋電図電位のin vivo年代順記録のための埋め込み型システムの製造のためのプロトコルである。このシステムは、神経損傷後の喉頭筋の再収縮の調査に適用される。
このシステムは、呼び起こされるまたは自発的な筋電図電位の長期記録のためのシンプルで経済的で埋め込み可能なシステムを製造するために使用することができる。従来の慢性EMG記録システムよりもこのシステムの主な利点は、リード線がコイル状であり、目覚めの動く動物の破損または破壊に対して耐性があることです。この技術の主な用途は、シンキネシスを避けるために電気コンディショニング療法の存在下で喉頭筋の改修の特異性を調査することです。
この技術は、目覚めの動く動物の慢性神経刺激および/またはEMG記録が必要とされる他の神経筋システムにも適用することができる。この手順を紹介するのは、私の研究室で耳鼻咽喉科の研究助教授をするシャン・ホアンです。RLN刺激電極の袖口を準備する前に、各袖口のためのテフロンコーティングされたマルチフィラメントタイプ316ステンレス鋼線の170センチメートルの長さを切り、12センチメートルの長さのスプリングにワイヤーを巻き付けるためにコイル状装置を使用する。
必要に応じて、スプリングを伸ばして、インプラント部位ごとに長さを増やします。一方の端の3ミリメートルと各コイル状のリードの他の端の10ミリメートルをまっすぐに残し、各端を絶縁解除します。その後、金メッキ銅メスピンを各コイル状の鉛の3ミリメートル端にはんだ付けします。
神経の袖口を準備するには、チューブのロールからシリコンチューブの5ミリメートルセグメントを切断します。操作顕微鏡の下で、25ゲージの皮下注射針を使用して、内側から1.5ミリメートルのチューブウォールを貫通し、中央から内側の壁に近いところに突き刺します。1本のリードの10ミリメートル末端を針先にバックフィルし、針を引き出して絶縁解除部分をチューブに堆積させる。
チューブの外側の裸のワイヤー端を曲げ、チューブに入り口の点でワイヤをリードにねじり、リードをチューブに固定します。チューブの反対側の端から1.5ミリメートルの第2のリードを挿入するために、最初のリードのポイントに入り口を合わせます。針を使用して壁を突き刺し、最初のリードと反対の内側の壁の近くにシャフトをスライドさせます。
断熱解除10ミリメートルの端で針をバックフィルし、針を取り除きます。2つの刺激電極は、陽極から陰極への神経を通る電流の送達を確実にするために神経にまたがる45度のV字型を形成するべきである。湾曲したはさみを使用して、入り口の電極ポイントの反対側のチューブウォールにS字型のスリットを作り、湾曲したマイクロ外科用針を使用して、各端のカフ壁に6〜0モノフィラメント非吸収性縫合糸の長さを挿入します。
医療グレードのA型シリコーンゲルのブロブをエペンドルフチューブ内の溶剤と組み合わせ、渦ミキサーで混ぜます。30単位のインスリン注射器を使用してゲルの準備を適用し、カフの外側に露出した裸のワイヤーのすべてを再絶縁します。SLN刺激電極の袖口を準備するために、ちょうど小さい直径の管を使用して示したように袖口を組み立てる。
PCA EMG記録電極を準備するために、PCAの筋肉電極用のコイル状のリードを組み立て、実演したように、リードの3ミリメートル末端に女性のピンをはんだ付けする。25ゲージ針を使用して、PCA筋鉛の10ミリメートル末端を深部脳刺激電極の先端に挿入し、リードの端を曲げてフックを形成します。その後、リードをクリップして合計5ミリメートルの録音長を提供します。
電極と外部機器の間の接続を接続するためのスキンレセプタクルを準備するには、単一行の女性ピンストリップコネクタから8つのピンホールを含む2つの17.5ミリメートルの部分をカットし、サンドペーパーを使用して各部分の外部表面を粗くします。フェノールを使用して、ヒュームフードに一緒にサンドピースを接着し、結果として得られた二列コネクタをヒュームフードの60〜80度の水の容器に30分間入れます。接着剤が硬化している間に、ストリップから25.6ミリメートルのフェイスプレートをカットします。
フェイスプレートの中央に穴を開けます。ドリルプレスとメスで穴を拡大し、フェイスプレートの中央に5.4~17.4ミリメートルの長方形の穴を開けます。ファイルで穴の角を仕上げて正方形にします。
接着剤が乾燥したら、フェイスプレートの長方形の穴の内側に大きな直径の穴がある二重列コネクタのエッジを、面板の表面で洗い流すまで挿入します。フェノールを使用してコネクタをフェイスプレートに付着させ、アセンブリを60~90度の水に入れます。フェノールが硬化したら、1.3ミリメートルの穴をフェイスプレートの各隅に、そして各端から途中の面プレートの両側にドリルします。
編まれたポリエステル移植片の15ミリメートルの長さのチューブを切断し、下皮性針を使用して、3.8ミリメートル離れた3つの位置の壁を通してステンレス鋼線を通して、チューブをアセンブリに固定します。コネクタの各コーナーに等間隔のノッチを配置して、ワイヤをアセンブリ サーフェスに固定し、ペンチを使用して各ワイヤの端をねじってチューブをアセンブリに固定します。次に、レセプタクルの一方の端にあるポリエステルパッチに永久的なマークを付けます。
甲状腺ノッチからマニュリウムへの正中頸部切開を行います。麻酔付きのイヌで、cricoid軟骨の下縁を露出させた後、刺激カフを両側SRNとLRNのそれぞれに配置し、密閉された縫合糸を使用して各カフの唇を閉じる。生検パンチを使用して、甲状腺軟骨の前表面の両側に4ミリメートルの軟骨窓を作り、チロアロイド側のコラリテノイド筋複合体の両方の側面を露出させる。
各EMG記録電極のバーブを23ゲージ針を使用してTA LCA複合体に挿入し、ポリエステルパッチを4つのコーナーのそれぞれでキリイド軟骨に縫合します。それぞれの側のPCA筋肉の下にコンパニオンフックワイヤーEMG記録電極を備えた深い脳刺激電極を配置し、内視鏡を使用して、刺激が各チャネルの声帯外線を生成することを確認します。4-0非吸収性縫合糸を使用して、深部脳刺激電極を鉛にロックするアンカーを使用して、深い脳刺激電極をcricoid軟骨に固定します。
止止めから作られた挿入具を使用して、神経刺激EMG記録電極のすべてのワイヤーリードをメスのピンを介してレセプタクルに挿入します。骨セメントを使用して、レセプタクルの下面を密封してリードピン接合部を絶縁します。セメントが硬化したら、中線切開部のロストラル端にレセプタクルを置き、ポリエステルスカートを介して容器を皮下組織に縫合します。
次に、表面プレートの穴を通して縫合線を通して、スキンエッジをレセプタクルに取り付けます。ここでは、RLNをそのまま使用したベースラインセッションの1つから代表的なEMG記録が示されている。PCA筋肉からの記録では、RLN刺激は刺激アーティファクトを生成し、続いて大きな誘発EMG電位を引き起こす。
チノオイテノイド横筋複合体からの記録では、SLN刺激は短い待ち時間の単シナプス筋応答およびより長い待ち時間の多シナプス性反射神経凝固閉じる応答が続く刺激アーティファクトを生成する。この記録では、自然EMG活動のバーストは、正常なインスピレーションの間にPCA筋肉から記録することができます。この吸気性EMG活性は、二酸化炭素の送達の過程で、より遅い掃引速度で増加する。
チロオイテノイド横筋の内臓の吸入はないので、これらの筋肉から刺激の可能性を検出する必要はありません。この技術は、ウサギの顔の筋肉の再インナース特異性および加齢ラット舌筋肉の萎縮に対する電気コンディショニングの影響を調べるために適応されている。
概要
この記事は、誘発および自発的な筋電図電位の長期的な生体内記録用に設計された埋め込み式システムの製造プロトコルを提示します。この技術の主な応用は、神経損傷後の喉頭筋の再神経支配を調査することであり、特に電気的調節療法の影響に注目しています。
主要な研究構成要素
科学の分野
- 神経科学
- 筋電図検査
- 神経生理学
背景
- 動物の移動中に慢性的なEMG記録システムの必要性。
- リード線の脆弱性に関する従来のシステムの課題。
- 損傷後の喉頭筋の再神経支配の理解の重要性。
- 他の神経筋系への潜在的な応用。
研究の目的
- 慢性的な生体内筋電図検査の信頼できる方法を開発すること。
- 喉頭筋の再神経支配の特異性と有効性を調べること。
- 電気的調節療法の影響を探ること。
使用された方法
- 埋め込み式のカスタムビルドEMG記録システム。
- 神経損傷後の結果を調査するための犬のモデルの使用。
- カフ電極の準備と埋め込みの詳細な手順。
- 電極配置のための麻酔下での顕微鏡手術技術。
- 露出したワイヤの絶縁のためのシリコンゲルの追加。
主な結果
- このシステムは、覚醒している動物での筋電位の安定な記録を可能にします。
- 神経修復後の再神経支配を調べるための技術の検証。
- 効果的な刺激のための神経を介した電流の送達に関する洞察。
- 既存の方法と比較して、記録の有効性が向上していることが実証されました。
結論
- この研究は、慢性的な筋電図記録の効果的なプロトコルを示しています。
- その影響は、損傷後の再神経支配プロセスの理解を深めることにつながります。
- この技術は、神経筋介入のさらなる探索に不可欠です。
よくある質問
Executive Industry Relevance
Chronic in vivo electromyography enables longitudinal assessment of neuromuscular reinnervation, a critical factor in evaluating nerve repair strategies and neuromuscular therapeutic candidates. This implantable system addresses a key translational gap by providing stable, long-duration EMG recording in awake, moving animal models, thereby improving predictive confidence in preclinical studies of nerve regeneration and neuromuscular recovery. Its durability and resistance to lead breakage support consistent data collection across study phases, reducing variability and enhancing reproducibility in target validation workflows.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses related to nerve regeneration and reinnervation specificity through longitudinal EMG monitoring.
- Operational Value: Provides durable, low-failure recording infrastructure that supports consistent data acquisition across extended study timelines.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates quantitative evoked and spontaneous EMG readouts that serve as functional biomarkers of neuromuscular recovery.
- Operational Value: Standardized electrode preparation and implantation procedures promote assay reproducibility across laboratories and study sites.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Supports disease-relevant modeling of laryngeal and other neuromuscular reinnervation processes, enabling mechanistic de-risking of nerve repair strategies.
- Operational Value: Facilitates continuity from discovery through preclinical validation by allowing repeated physiological sessions in the same animal model.
Pipeline & Workflow Integration
The system integrates into the discovery continuum by enabling functional assessment of neuromuscular targets following intervention, bridging early target validation with preclinical efficacy evaluation.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing of nerve regeneration therapies by providing longitudinal EMG data on muscle reinnervation status.
- Screening: Delivers standardized, quantitative EMG outputs that allow comparison of neuromuscular recovery across experimental conditions.
- Analytics: Enables measurement of evoked potential amplitude, latency, and spontaneous activity patterns as indicators of reinnervation quality.
- Translational Research: Connects EMG findings to neuromuscular recovery trajectories, informing go/no-go decisions for nerve repair candidates.
- Enterprise Reuse: The modular electrode and receptacle design allows adaptation across neuromuscular systems, supporting platform reuse in diverse preclinical programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Enhances predictive confidence in neuromuscular target validation by reducing mechanistic ambiguity in reinnervation assessment.
- Operational Value: Improves reproducibility and scalability of chronic EMG studies through durable, breakage-resistant lead wire design.
- Strategic Value: Enables better go/no-go decisions by providing reliable longitudinal data on neuromuscular recovery, reducing late-stage biological risk.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of nerve regeneration therapies based on functional reinnervation outcomes.
Implementation Considerations
- Requires expertise in microsurgical techniques and nerve electrode implantation.
- Depends on access to coiled Teflon-coated stainless steel wire, silicone gel, and biocompatible connector materials.
- Necessitates standardization of electrode preparation and implantation procedures across users and sites.
- Involves adaptation considerations for different nerve and muscle targets beyond the laryngeal system.
- Limited by the invasive nature of implantation, requiring aseptic surgical conditions and postoperative monitoring.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:04
Introduction
1:11
Bipolar Recurrent Laryngeal Nerve (RLN) and Superior Laryngeal Nerve (SLN) Stimulus Electrode Cuff Preparation
3:45
Posterior Cricoarytenoid (PCA) Muscle Electromyography (EMG) Recording Electrode Preparation
4:18
Skin Receptacle Preparation
6:13
First Implant Surgery Demostrated in a Canine Cadaver
8:18
Results: Representative EMG Recordings from Laryngeal Muscles with Normal Innervation
9:22
Conclusion
