Epidurale intracraniale druk meting in ratten met behulp van een Fiber-optic Pressure Transducer
April 25th, 2012
Een nieuwe techniek om de druk in de schedel op te nemen wordt beschreven. De minimaal invasieve methode maakt gebruik van een fiber-optic drukgevoelige systeem om intracraniële druk (ICP) nauwkeurig te meten in verdoofd ratten zonder significante hersentrauma. De techniek kan worden gebruikt in uiteenlopende experimentele modellen.
Het algemene doel van deze procedure is om de intracraniale druk eenvoudig en nauwkeurig te meten in een diermodel. In dit geval de rat. Dit wordt bereikt door eerst twee kleine gaatjes in de schedel te boren.
Vervolgens worden een ICP-bewakingsschroef en een verankeringsschroef in de schedel geplaatst en met cement op hun plaats gezet. Na het inbrengen van de schroeven wordt een glasvezel druktransducer in de bewakingsschroef geplaatst voor ICP-meting in de epidurale ruimte. In de laatste stap wordt een luchtdichte afdichting gevormd rond de druktransducer in de bewakingsschroef om de schedelholte af te sluiten. Uiteindelijk kunnen resultaten worden verkregen die een fysiologische trace van de intracraniale druk laten zien door het gebruik van een epidurale glasvezel druktransducer.
Visuele demonstratie van deze methode is van cruciaal belang, omdat de belangrijkste stappen moeilijk te leren zijn omdat de hersenen gemakkelijk kunnen worden beschadigd tijdens de procedure en experimentele resultaten kunnen verstoren. Het grote voordeel van deze techniek ten opzichte van bestaande methoden zoals invasieve interventriculaire of intraparenchymale ICP-metingen is dat onze epidurale ICP-meettechniek schade aan de hersenen voorkomt door de hersenvliezen intact te houden. Na het bevestigen van totale anesthesie door een voetprik, plaats de rat op zijn buik op een verwarmingsplaat en positioneer de neus van de rat in een anesthesie neuskoker, scheer de hoofdhuid en was en desinfecteer vervolgens met chloorhexidine, infiltreer de huid op de plaats van de incisie met een langwerkende plaatselijke verdoving terwijl de anesthesie wordt gehandhaafd.
Bevestig het hoofd in een stereotactische frame en plaats de oorsteunen totdat het hoofd is gestabiliseerd. Zorg ervoor dat de ademhaling niet wordt belemmerd. Zodra het dier in positie is, maak een 1,5 centimeter lange kopsnede in de middenlijn van de huid.
Vervolgens dissecteer je het zachte weefsel en de omliggende spieren om lambda en bgma duidelijk te lokaliseren. Trek de huid en het bindweefsel terug en stop eventueel bloeden door druk uit te oefenen op de blootgestelde schedel met behulp van steriele gaasjes. Gebruik een tandboormachine met een 1 millimeter tip boor om een gat van twee millimeter in de rechter pariëtale bot voor beroertestudies te boren.
Boor een gat, twee millimeter lateraal en twee millimeter posterieur van Breg MA om de superieure sagittale sinus te vermijden en om ervoor te zorgen dat de plaatsing van de ICP-sensor zich boven het ischemische gebied bevindt, boort het gat tot een diepte waarbij het schedelbeen boven de dura transparant wordt. Gebruik vervolgens een 0,5 millimeter tip boor om het schedelbeen aan de basis van het gat te verwijderen wanneer het schedelbeen begint te kraken. Gebruik 45-graads forceps om al het resterende schedelbeen te verwijderen, zorg ervoor dat de basis van het gat vrij is van puin.
Om de bewakingsschroef te boren, boor je een 0,7 millimeter gat door een zeshoekige schroefkop met behulp van een draaibank en een 0,7 millimeter boortje, plaats de bewakingsschroef in het gat door hem ongeveer 1,5 keer te draaien. Zorg ervoor dat geen onderliggend weefsel wordt beschadigd. Gebruik een 1 millimeter boortje om een tweede gat te boren voor een verankeringsschroef in de linker pariëtale bot, twee millimeter lateraal en twee millimeter posterieur van breg ma, maar doorboor de schedel niet volledig.
Plaats een twee bij vier millimeter zeshoekige schroefkop in het tweede gat. Deze schroef helpt om de tandcement en de bewakingsschroef aan de schedel te bevestigen. Gebruik een transferpijp om tandcement, monomeer en polymeer te mengen en breng vervolgens aan op de basis van de schroefhoofden. Laat het cement minimaal 10 minuten drogen met behulp van witte correctievloeistof, markeer de glasvezel sensor vier millimeter vanaf de punt, vul het gat van de bewakingsschroef met steriel zoutoplossing en zorg ervoor dat er geen luchtbellen in de schroef aanwezig zijn.
Plaats de intracraniale druk of ICP-sonde vier millimeter in de schroef zodat de punt van de sonde op één lijn staat met het uiteinde van de schroef. Zorg ervoor dat de punt de dura niet doorboort. Pas de punt van de sonde in de schroef aan totdat een ICP-trace dat ventilatie en bloeddrukpulsgolven weerspiegelt, kan worden waargenomen.
Een luchtdichte afdichting is essentieel voor een nauwkeurige ICP-meting om een eerste mengsel van viskeus biocompatibel afdichtingsmateriaal monomeer en polymeer in een een-op-een-verhouding te creëren, breng een dunne laag afdichtingsmateriaal aan rond de sonde en de kop van de bewakingsschroef. Wees voorzichtig om de ICP-sonde niet te verplaatsen. Laat de eerste laag vijf minuten inwerken en breng vervolgens een tweede laag afdichtingsmateriaal aan rond de gehele bewakingsschroef en sonde.
Zorg ervoor dat er geen vloeistof lekt uit eventuele openingen in het afdichtingsmateriaal. Verwijder de oorsteunen en laat de rat in de buikligging blijven. Tijdens de ICP-bewaking kan de ICP-sensor na voltooiing van de ICP-bewaking worden verwijderd door de katheter voorzichtig uit de schroef en het afdichtingsmateriaal te trekken en plaats onmiddellijk de glasvezel sensor in 1%zyme oplossing om tipcorrosie te voorkomen.
Het gat dat in het afdichtingsmateriaal achterblijft, moet worden bedekt met een extra laag afdichtingsmateriaal zoals hier getoond. Hier is een weergave van ICP-metingen gedurende 10 seconden bij baseline. De gemiddelde ICP in een wistar-rat is zes millimeter kwik.
De gebeurtenissen van kortere amplitude weerspiegelen bloeddrukpulsgolven, terwijl de gebeurtenissen van langere periodiciteit ventilatiegebeurtenissen tonen om de positie van de glasvezelsensor in elk experiment te valideren, moeten ICP-traces worden getest op responsiviteit op abdominale compressies. Hier werd de buik tijdelijk gecomprimeerd, wat resulteerde in verminderde vene
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Overzicht
Dit artikel beschrijft een nieuwe techniek voor het meten van intracraniale druk (ICP) bij geanesthetiseerde ratten met behulp van een minimaal invasieve glasvezel optische druksensor. De methode heeft als doel nauwkeurige ICP-metingen te leveren zonder significant hersentrauma te veroorzaken, waardoor het toepasbaar is in verschillende experimentele modellen.
Belangrijke studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Neurowetenschap
- Biomedische Technologie
- Diermodellen
Achtergrond
- Intracraniale druk is een kritische parameter in neurologische studies.
- Traditionele methoden om ICP te meten kunnen invasief en traumatisch zijn.
- Minimaal invasieve technieken zijn nodig om het welzijn van dieren te verbeteren.
- Glasvezeltechnologie biedt een potentiële oplossing voor nauwkeurige metingen.
Doel van het onderzoek
- Om een techniek te ontwikkelen voor nauwkeurige ICP-meting bij ratten.
- Om hersentrauma tijdens het meetproces te minimaliseren.
- Om deze techniek toepasbaar te maken in verschillende experimentele modellen.
Gebruikte methoden
- Er worden twee kleine gaten in de schedel van de rat geboord.
- Een ICP-bewakingsschroef en een verankeringsschroef worden geplaatst en met cement gefixeerd.
- Een glasvezel optische druksensor wordt in de bewakingsschroef geplaatst.
- Een luchtdichte afdichting wordt gevormd rond de druksensor om de schedelholte af te sluiten.
Belangrijkste resultaten
- De techniek maakt het mogelijk om ICP te meten in de epidurale ruimte.
- Er kunnen resultaten worden verkregen die een fysiologisch spoor van intracraniale druk laten zien.
- De methode vertoont minimale impact op hersenweefsel.
- Het kan worden toegepast in verschillende experimentele settings.
Conclusies
- Deze nieuwe techniek biedt een betrouwbare methode voor ICP-meting.
- Het verbetert de mogelijkheid om intracraniale drukdynamiek in diermodellen te bestuderen.
- De minimaal invasieve aard van de methode verbetert het welzijn van dieren.
Veelgestelde vragen
Executive Industry Relevance
Accurate intracranial pressure (ICP) measurement is essential for evaluating therapeutic interventions in preclinical models of stroke, traumatic brain injury, and cardiac arrest. This minimally invasive epidural fiber-optic technique enables reliable physiological monitoring without compromising brain tissue integrity, supporting mechanistic de-risking in neuroprotective compound screening. By preserving meninges and avoiding parenchymal penetration, the method enhances data fidelity and translational continuity in discovery pipelines targeting ischemic injury pathways.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses by providing quantitative ICP readouts that reflect pathophysiological states in ischemic injury models.
- Operational Value: Supports biological de-risking through real-time validation of target engagement via ICP normalization in response to pharmacological interventions.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates high-fidelity ICP traces with detectable ventilation and blood pressure pulse waves, enabling precise temporal correlation with compound administration.
- Operational Value: Ensures assay standardization via airtight sealing and probe stabilization, reducing variability in longitudinal pressure measurements across experimental cohorts.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Facilitates disease-relevant system modeling by allowing ICP monitoring in territories overlying ischemic zones, improving anatomical specificity of readouts.
- Operational Value: Promotes preclinical continuity through serial ICP tracking that aligns with hemodynamic and respiratory biomarkers used in clinical translation.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into early discovery workflows by providing a quantitative functional readout that bridges target modulation and phenotypic outcomes in neurological disease models.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing by linking ICP fluctuations to pathway activity in models of cerebral edema and infarct progression.
- Screening: Delivers assay readiness through reproducible epidural catheter placement and signal validation via physiological responsiveness to abdominal compression.
- Analytics: Enables quantitative comparison of ICP baselines and dynamic responses, aiding in dose-response characterization and target confidence assessment.
- Translational Research: Connects to preclinical validation by mirroring clinical ICP monitoring parameters, including normal Wistar rat baselines (~6 mmHg) and ventilatory waveforms.
- Enterprise Reuse: Represents a reusable platform for epidural pressure measurement across diverse ischemic and traumatic injury models, reducing redevelopment costs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence by minimizing surgical confounds and preserving native cerebrovascular reactivity.
- Operational Value: Enhances reproducibility through standardized screw fixation, probe depth control, and dual-layer biocompatible sealing.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision-making by providing early, translatable safety signals related to intracranial hypertension risk.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of neuroprotective candidates based on ICP-lowering efficacy in validated disease-relevant systems.
Implementation Considerations
- Requires expertise in stereotaxic surgery, microsurgical burr techniques, and sterile cement application to avoid meningeal or vascular injury.
- Depends on fiber-optic transducer compatibility with epidural screw interfaces and biocompatible sealing materials to maintain signal integrity.
- Necessitates cross-team standardization of probe insertion depth (4 mm from tip) and airtight sealing protocols to ensure inter-laboratory reproducibility.
- Involves adaptation considerations for different rat strains or skull thicknesses, where burr depth must be adjusted to achieve translucent dura without penetration.
- Limited by the technical challenge of screw fabrication and placement, which demands precision to prevent sinus injury or cortical damage during burr expansion.
