末梢神経インターフェースのためのワイヤレス、バッテリーレスシステムの移植と制御

末梢神経損傷は非常に一般的です。電気刺激は神経再生に治療効果を示した。そこでここでは、神経インターフェースの移植とデバイスの利用に関する一般的な方法を示しました。

この技術により、感染部位となる可能性のある皮膚をリードが通過するのを防ぎます。埋め込まれた刺激装置は、ワイヤレスで給電し、治療ニーズに合わせて調整することができます。この電気刺激装置は、怪我や病気の後の末梢神経の再生を促進し、他の方法では損なわれたままになる可能性のある失われた機能の回復を助ける高い治療の可能性を秘めています。

神経を分離し、カフとの良好な接触を実現するには、繊細さが必要です。器具で直接神経をつかむのではなく、鈍器で神経を操作し、緊張のない配置を維持します。外科的処置を開始する前に、ラットを準備台にうつ伏せの姿勢に置き、耳尼反射をチェックして適切な麻酔深度を確認します。

手術期間中、15分ごとに呼吸数、組織の色、麻酔の深さを評価し続け、それに応じてイソフッ素レベルを維持します。ピンク色で湿ったままであるはずの粘膜を監視します。ラットを準備台に置きます。

右足と背中の下半分を含む手術部位を剃ります。完了したら、動物を手術台に移動させ、剃った手術部位をベタジンパッドでこすり、続いて70%エタノール綿棒で3回こすります。組織ハサミを使用して、右大腿骨と平行な皮膚を切開し、続いて、切開部の真内側にある背中の皮下結合組織を鈍く分離して、レシーバーコイルの皮下ポケットを取り除きます。

次に、皮膚切開と平行に右臀筋を切開します。先端が鈍い金属製の解剖プローブの助けを借りて、坐骨神経を分離し、神経に緊張をかけたり、その経路を歪めたりすることなく、カフを巻き付けて、孤立した坐骨神経にワイヤレスバッテリーフリーデバイスを埋め込みます。完了したら、レシーバーコイルが置かれている皮膚に印を付けて、さらに電気刺激を加えます。

臀筋切開部を吸収性縫合糸で縫合します。皮膚の端を一致させて、皮膚切開部を創傷クリップで囲みます。術後1時間、麻酔下の動物に200マイクロ秒のパルス幅で20ヘルツの連続電気刺激を照射します。

麻酔から完全に回復したら、動物をホームケージに戻します。前述したように外科的処置のためのラップを準備した後、首の腹側の手術領域を剃ります。動物を手術台に移し、剃った手術部位をベタジンパッドでこすり、続いて70%エタノール綿棒で3回こすります。

次に、麻酔をかけたラットの表在性頸部筋膜の皮膚を3センチメートルの正中線切開を行い、胸骨舌骨筋と胸鎖乳突筋を露出させます。血液解剖用のプローブを使用して胸鎖乳突筋を持ち上げてから、血管ループを使用して胸鎖乳突筋を横方向に引っ込めます。次に、舌骨筋を解放して収縮させ、続いて迷走神経と顎舌骨筋の下の頸動脈束を解放して内側に後退させます。

横隔神経を分離します。横隔神経の周囲にカフを配置し、接触電極を神経に垂直に配置して、デバイスの受信コイルを両側の胸鎖乳突筋に対して深い胸骨舌骨に配置して、横隔神経にワイヤレスバッテリーフリーデバイスを埋め込みます。真皮深部の逆吸収性縫合糸で皮膚を閉じます。

術後1時間、麻酔下の動物に200マイクロ秒のパルス幅で20ヘルツの連続電気刺激を照射します。麻酔から完全に回復したら、動物をホームケージに戻します。無線刺激には、波形関数発生器を使用して、外部誘導伝送コイルに電力を供給します。

埋め込まれた受信コイルの共振周波数と位置を一致させて、良好な誘導結合を確保します。設定が完了したら、20ヘルツで単相性の200マイクロ秒パルスを1時間送出します。電気刺激の送達を検証および定量化するには、刺激電圧を調整して坐骨神経を最大限活性化させながら、前脛骨筋からの複合筋活動電位(CMAP)を記録します。

横隔神経切断の完全な損傷は、けいれん反応を誘発することによって研究で確認されました。離反切開前は、横隔神経の電気刺激により、横隔膜の複合筋活動電位が誘発されたが、横隔神経離断によって消失した。ワイヤ電極によって右坐骨神経に単一の刺激パルスを送達した後に誘発される最大CMAP応答を無線電極と比較しました。

無線神経刺激は、有線ベースの神経刺激からCMAPの平均88%を達成できることが観察されました。代表的な筋電図解析では、1時間の20ヘルツ電気刺激の開始時と40分に4回の連続したスパイクが見られます。40分後には、ピーク振幅のわずかな減少が認められました。

末梢神経再生の程度は、神経病変部位に遠位に適用された逆行性トレーサーを使用して評価されました。腰椎脊髄前角の脛骨神経または腓骨神経の再生サブグループが観察されました。完全な効率を達成するために距離、向き、または位置を調整する場合は、デバイスに電力を供給するために送信コイルが受信コイルに適切に位置合わせされている必要があることに注意してください。

この方法は、薬物放出および光遺伝学などの他の好ましい神経インターフェースに対しても実施することができる。この手法は、電気刺激がさまざまな神経にさまざまな影響を与えるさまざまなメカニズムを研究するために実行できます。