Dit manuscript biedt een innovatieve methode voor het ontwikkelen van een biologische perifere zenuwinterface genaamd de Muscle Cuff Regenerative Peripheral Nerve Interface (MC-RPNI). Deze chirurgische constructie kan de bijbehorende perifere zenuw efferente signalen versterken om nauwkeurige detectie van motorische intentie en de potentiële controle van exoskeletapparaten te vergemakkelijken.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
De spiermanchet regeneratieve perifere zenuwinterface voor de versterking van intacte perifere zenuwsignalen
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
Robotische exoskeletten hebben onlangs bekendheid gekregen op het gebied van revalidatiegeneeskunde als een veelbelovende modaliteit voor functioneel herstel voor die personen met extremiteitszwakte. Het gebruik ervan blijft echter grotendeels beperkt tot onderzoeksinstellingen, die vaak fungeren als een middel ter ondersteuning van statische extremiteiten, omdat motorische detectiemethoden onbetrouwbaar blijven. Perifere zenuwinterfaces zijn ontstaan als een mogelijke oplossing voor deze tekortkoming; vanwege hun inherent kleine amplitudes kunnen deze signalen echter moeilijk te onderscheiden zijn van achtergrondgeluid, waardoor hun algehele motordetectienauwkeurigheid wordt verlaagd. Omdat de huidige interfaces afhankelijk zijn van abiotische materialen, kan inherente materiaalafbraak optreden naast de reactie van vreemd lichaamsweefsel in de loop van de tijd, wat hun nauwkeurigheid verder beïnvloedt. De Muscle Cuff Regenerative Peripheral Nerve Interface (MC-RPNI) is ontworpen om deze geconstateerde complicaties te overwinnen. Bestaande uit een segment van vrij spiertransplantaat dat omtrekig is bevestigd aan een intacte perifere zenuw, regenereert het construct en wordt het na verloop van tijd opnieuw geïnnerveerd door de ingesloten zenuw. Bij ratten heeft dit construct het vermogen aangetoond om de motorische efferente actiepotentialen van een perifere zenuw tot 100 keer de normale waarde te versterken door het genereren van samengestelde spieractiepotentialen (CMAP's). Deze signaalversterking vergemakkelijkt een zeer nauwkeurige detectie van motorintentie, waardoor mogelijk betrouwbaar gebruik van exoskeletapparaten mogelijk wordt.
Inleiding
Alleen al in de Verenigde Staten worden ongeveer 130 miljoen mensen getroffen door neuromusculaire en musculoskeletale aandoeningen, wat resulteert in meer dan $ 800 miljard aan jaarlijkse economische impact 1,2. Deze groep aandoeningen is meestal secundair aan pathologie in het zenuwstelsel, op de neuromusculaire overgang of in de spier zelf3. Ondanks de verscheidenheid aan pathologische oorsprongen, deelt de meerderheid een zekere mate van extremiteitszwakte 1,3. Helaas is deze zwakte vaak permanent gezien de beperkingen in ne....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
Alle dierprocedures en experimenten werden uitgevoerd met de goedkeuring van het Institutional Care and Use of Animals Committee (IACUC) van de Universiteit van Michigan. Mannelijke en vrouwelijke Fischer F344- en Lewis-ratten (~ 200-300 g) op de leeftijd van 3-6 maanden worden het vaakst gebruikt in experimenten, maar elke stam kan theoretisch worden gebruikt. Als donorratten worden gebruikt in plaats van autologe spiertransplantaten, moeten donorratten isogeen zijn voor de experimentele stam. Ratten krijgen zowel pre- als postoperatief vrije toegang tot voedsel en water. Na terminale eindpuntevaluaties wordt euthanasie uitgevoerd onder diepe anesthesie met intra-car....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
MC-RPNI chirurgische fabricage wordt beschouwd als een peri-operatief falen als ratten de opkomst van chirurgische anesthesie niet overleven of een infectie ontwikkelen binnen een week na de operatie. Eerder onderzoek heeft aangetoond dat een rijpingsperiode van 3 maanden zal resulteren in betrouwbare signaalversterking van deze constructen 42,45,48,49. Op dat moment of daarna kan chirurgische .......
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
De MC-RPNI is een nieuw construct dat het mogelijk maakt om de efferente actiepotentialen van een intacte, perifere motorzenuw te versterken om een exoskeletapparaat nauwkeurig te besturen. In het bijzonder verleent de MC-RPNI een bijzonder voordeel aan personen met extremiteitszwakte veroorzaakt door significante spierziekte en / of afwezigheid van spieren waar EMG-signalen niet kunnen worden geregistreerd. Het verminderen van de reeds gecompromitteerde spierfunctie zou verwoestend zijn in deze populatie; de MC-RPNI hee.......
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
De auteurs hebben geen onthullingen.
Dankbetuigingen
De auteurs bedanken Jana Moon voor haar deskundige laboratoriumbeheer en technische assistentie en Charles Hwang voor zijn beeldvormingsexpertise. Experimenten in dit artikel werden gedeeltelijk gefinancierd door subsidies van de Plastic Surgery Foundation aan SS (3135146.4) en het National Institute of Child Health and Human Development onder awardnummer 1F32HD100286-01 aan SS, en het National Institute of Arthritis and Musculoskeletal and Skin Diseases van de National Institutes of Health onder awardnummer P30 AR069620.
....Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
```html
```
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| #15 Scalpel | Aspen Surgical, Inc | Ref 371115 | Rib-Back Carbon Steel Surgical Blades (#15) |
| 2-N-thin film load cell (S100) | Strain Measurement Devices, Inc | SMD100-0002 | Meet kracht gemeten door de aangehechte spier |
| 4-0 Chromic Suture | Ethicon | SKU# 1654G | P-3 Reverse Cutting Needle |
| 5-0 Chromic Suture | Ethicon | SKU# 687G | P-3 Reverse Cutting Needle |
| 8-0 Monofilament Suture | AROSurgical | T06A08N14-13 | Zwarte polyamide monofilament naald op een draad met conische punt |
| Experimental Rats | Envigo | F344-NH-sd | Ratten zijn Fischer F344 Strain |
| Fine Forceps - mirror finish | Fine Science Tools | 11413-11 | Fijne punt forceps met spiegelfinish, ideaal voor het hanteren van delicate structuren zoals zenuwen |
| Fluriso (Isofluorane) | VetOne | 13985-528-40 | Inhalatieanesthesie |
| Force Measurement Jig | Red Rock | n/a | Op maat ontworpen krachtmeetapparaat dat het vastzetten van de achterpoot mogelijk maakt voor nauwkeurige spierkrachtregistratie |
| MATLAB software | Mathworks, Inc | PR-MATLAB-MU-MW-707-NNU | Berekent de actieve kracht voor elke geregistreerde krachtcurve uit passieve en totale krachtmetingen |
| Nicolet Viasys EMG EP System | Nicolet | MFI-NCL-VIKING-SELECT-2CH-EMG | Draagbaar EMG en zenuwsignaal opnamesysteem dat in staat is tot gelijktijdige 2-kanaals opnames van zenuw en/of spier |
| Oxygen | Cryogenic Gases | UN1072 | Standaard medische zuurstofcilinders |
| Potassium Chloride | APP Pharmaceuticals | 63323-965-20 | Injecteerbare vorm, 2 mEq/mL |
| Povidone Iodine USP | MediChoice | 65517-0009-1 | 10% Topische oplossing, één fles kan voor meerdere chirurgische voorbereidingen worden gebruikt |
| Puralube Vet Opthalmic Ointment | Dechra | 17033-211-38 | Cornea beschermende zalf voor gebruik tijdens de procedure |
| Rimadyl (Caprofen) | Zoetis, Inc. | NADA# 141-199 | Injecteerbare vorm, 50 mg/mL |
| Stereo Microscope | Leica | Model M60 | Gebruiker kan vergroting naar eigen voorkeur instellen |
| Surgical Instruments | Fine Science Tools | Various | Gebruiker kan instrumenten kiezen volgens persoonlijke voorkeur of uit wat er momenteel beschikbaar is in hun lab |
| Triple Antibiotic Ointment | MediChoice | 39892-0830-2 | De zalf wordt geleverd in steriele, wegwerpverpakkingen |
| Vannas Spring Scissors - 2mm cutting edge | Fine Science Tools | 15000-04 | Gebogen microdissectiescharen gebruikt om het epineurale venster uit te voeren |
| VaporStick 3 | Surgivet | V7015 | Anesthesie toren met ruimte voor isofluoraan en zuurstofcilinder |
| Webcol Alcohol Prep | Coviden | Ref 6818 | Alcohol voorbereidingsdoekjes; gebruik een nieuw doekje voor elke voorbereiding |
Referenties
- 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.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
