이 원고는 근육 커프 재생 말초 신경 인터페이스 (MC-RPNI)라고하는 생물학적 말초 신경 인터페이스를 개발하기위한 혁신적인 방법을 제공합니다. 이 수술 구조는 관련 말초 신경의 운동 원심성 신호를 증폭하여 운동 의도의 정확한 감지와 외골격 장치의 잠재적 제어를 용이하게 할 수 있습니다.
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이 논문에서
요약
초록
로봇 외골격은 최근 재활 의학 분야에서 사지 약점이 있는 개인의 기능 회복을 위한 유망한 양식으로 찬사를 받았습니다. 그러나 이들의 사용은 주로 연구 기관에 국한되어 있으며 모터 감지 방법이 신뢰할 수 없기 때문에 정적 사지 지원 수단으로 자주 작동합니다. 말초 신경 인터페이스는 이러한 단점에 대한 잠재적 인 해결책으로 등장했습니다. 그러나 본질적으로 작은 진폭으로 인해 이러한 신호는 배경 소음과 구별하기 어려워 전반적인 모터 감지 정확도가 떨어질 수 있습니다. 현재의 인터페이스는 비생물적 재료에 의존하기 때문에 시간이 지남에 따라 이물질 반응과 함께 고유한 재료 분해가 발생하여 정확도에 더욱 영향을 미칠 수 있습니다. 근육 커프 재생 말초 신경 인터페이스 (MC-RPNI)는 이러한 주목할만한 합병증을 극복하도록 설계되었습니다. 손상되지 않은 말초 신경에 원주방향으로 고정 된 자유 근육 이식편 세그먼트로 구성된이 구조물은 시간이 지남에 따라 포함 된 신경에 의해 재생되고 재 신경이 분포됩니다. 쥐에서 이 구조는 복합 근육 활동 전위(CMAP)의 생성을 통해 말초 신경의 운동 원심성 활동 전위를 정상 값의 최대 100배까지 증폭하는 능력을 입증했습니다. 이 신호 증폭은 모터 의도의 고정밀 감지를 용이하게 하여 잠재적으로 외골격 장치의 안정적인 활용을 가능하게 합니다.
서론
미국에서만 약 1억 3천만 명이 신경근 및 근골격계 질환의 영향을 받아 연간 8,000억 달러 이상의경제적 영향을 받고 있습니다1,2. 이 장애 그룹은 일반적으로 신경계 내, 신경근 접합부 또는 근육 자체 내의 병리학에 이차적입니다3. 다양한 병리학적 기원에도 불구하고 대다수는 어느 정도의 사지 약점을 공유합니다1,3. 불행히도, 이 약점은 신경 및 근육 조직 재생의 한계, 특히 심각한 외상 4,5,6의 설정을 고려할 때 종종 영구적입니다.
사지 쇠약 치료 알고리즘은 고전적으로 재활 및 지원 조치에 중점을 두었으며 종종 나머지 손상되지 않은 팔다리 (지팡이, 휠체어 등)의 기능을 활용하는 데 의존합니다. 7. 그러나이 전략은 약점이 단일 사지에 국한되지 않는 사람들에게는 부족합니다. 최....
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프로토콜
모든 동물 절차 및 실험은 미시간 대학의 동물 기관 관리 및 사용위원회 (IACUC)의 승인을 받아 수행되었습니다. 생후 3-6개월의 수컷 및 암컷 Fischer F344 및 Lewis 쥐(~200-300g)가 실험에서 가장 자주 사용되지만 이론적으로는 모든 균주를 활용할 수 있습니다. 자가 근육 이식편 대신 기증자 쥐를 사용하는 경우, 기증자 쥐는 실험 균주에 대해 동종이어야 합니다. 쥐는 수술 전후에 음식과 물에 자유롭게 접근 할 수 있습니다. 말기 종점 평가 후, 안락사는 심장 내 염화칼륨 주사로 심부 마취하에 수행되고 양측 기흉의 2 차 방법이 뒤 따른다.
1. 랫트의 실험적 준비
- 유도 챔버에서 0.8-1.0 L / min의 산소 중 5 % 이소 플루 란 용액을 사용하여 실험 쥐를 마취하십시오. 적절한 마취가 이루어지고 각막 반사가없는 것으로 확인되면 마취 유지를 위해 이소 플루 란을 1.75 % -2.25 %로 낮추어 재호흡기 코 콘에 쥐를 놓습니다.
- 수술 전후 진통제를 위해 견갑골 사이의 피하 평면에 27G 바늘로 멸균 식염수 0.2mL에 0.02-0.03mL Carprofen(50mg/mL) 용액을 주입합니다.
- 마취 중 각막 궤양을 예방하기 위해 ....
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결과
MC-RPNI 수술 제조는 쥐가 수술 마취에서 생존하지 못하거나 수술 후 일주일 이내에 감염이 발생하는 경우 수술 전후 실패로 간주됩니다. 이전 연구에 따르면 3개월의 성숙 기간이 이 구조물42,45,48,49로부터 신뢰할 수 있는 신호 증폭을 초래할 것이라고 합니다. 그 시점 또는 그 이후에, 구축물의 외과적 노출 및 평가가 발생할 수 있다. MC-RPNI 제작이 성공적이었다면, 혈관재생된 근육은 원래의 MC-RPNI 이식 부위에서 쉽게 볼 수 있어야 한다(도 2B). 성공적인 MC-RPNI는 근위 신경 자극 후에 추가로 수축합니다 (비디오 1). 때때로 상당한 흉터와 위축성 근육 이식편이 존재할 수 있으며(
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토론
MC-RPNI는 외골격 장치를 정확하게 제어하기 위해 손상되지 않은 말초 운동 신경의 원심성 활동 전위를 증폭할 수 있는 새로운 구조입니다. 특히, MC-RPNI는 EMG 신호를 기록할 수 없는 심각한 근육 질환 및/또는 근육 부재로 인한 사지 약화가 있는 개인에게 특별한 이점을 제공합니다. 이미 손상된 근육 기능을 줄이면이 인구에서 치명적일 것입니다. 그러나, MC-RPNI는 원위-신경분포된 근육(52 )에 해를 끼치지 않고 이러한 신경 신호 증폭을 제공할 수 있는 능력을 갖는다(표 1 및 표 2). 근육계 또는 하부 운동 뉴런 질환을 갖는 개인에서, 말초 감각 신경은 전형적으로 질환 과정에 의해 영향을 받지 않는다(53). 감각이 보존됨에 따라 신경을 연속적으로 유지하고 손상을 방지하는 것이 필수적이며, MC-RPNI는 조직학(그림 3
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공개 사항
저자는 공개하지 않습니다.
감사의 글
저자는 전문적인 실험실 관리 및 기술 지원에 대해 Jana Moon과 이미징 전문 지식에 대해 Charles Hwang에게 감사를 표합니다. 이 논문의 실험은 SS (3135146.4)에 대한 성형 외과 재단 보조금과 SS에 대한 수상 번호 1F32HD100286-01에 따른 국립 아동 건강 및 인간 발달 연구소, 국립 보건원의 국립 관절염 및 근골격계 및 피부 질환 연구소 수상 번호 P30 AR069620.
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재료
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| Nicolet Viasys EMG EP 시스템 | Nicolet | MFI-NCL-VIKING-SELECT-2CH-EMG | 신경 및/또는 근육에서 동시 2채널 기록이 가능한 휴대용 EMG 및 신경 신호 기록 시스템 |
| 산소 | 극저온 가스 | UN1072 | 표준 의료용 산소통 |
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| 포비돈 요오드 USP | MediChoice | 65517-0009-1 | 10% 국소 용액, 여러 수술 준비에 한 병을 사용할 수 있습니다 |
| Puralube Vet Opthalmic Ointment | Dechra | 17033-211-38 | 시술 중 사용을 위한 각막 보호 연고 |
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| Webcol Alcohol Prep | Coviden | Ref 6818 | 알코올 준비 물티슈; 각 준비에 대해 새로운 물티슈를 사용하십시오. |
참고문헌
- Andersson, G. S. The burden of musculoskeletal diseases in the United States : prevalence, societal, and economic cost. American Academy of Orthopaedic Surgeons. , Rosemont, IL. (1942).
- Yelin, E. H., Weinstein, S., King, T.
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재인쇄 및 허가
