Een realtime draagbaar elektromyografie meetsysteem voor kleine dieren
15 november 2024
Er wordt een protocol gepresenteerd voor de installatie en voorbereiding van intramusculaire elektroden, samen met een diervriendelijke, geminiaturiseerde meetapparatuur voor elektromyografie (EMG) analyse in locomotiestudies. Dit systeem maakt de draadloze overdracht van real-time EMG-gegevens mogelijk voor het onderzoeken van herstel van locomotie bij ratten met een beroertemodel.
Deze methode is bedoeld om EMG bij kleine dieren te meten zonder dat er een vaste verbinding met meetapparatuur nodig is. Aanbinden kan de bewegingsvrijheid van het dier beperken en tot bepaalde nadelen leiden. We begonnen met de vraag of we deze beperkingen konden aanpakken.
Op dit moment zijn we bezig met het ontwikkelen en testen van een elektrisch stimulatieapparaat voor de behandeling van spieren en zenuwen. In tegenstelling tot traditionele methoden die gebruik maken van open loop-stimulatie voor herstel, bevat onze aanpak closed-loop feedback om het effect in realtime te monitoren. Deze integratie heeft tot doel de therapeutische resultaten te verbeteren.
Onze focus ligt op het miniaturiseren van het apparaat, zodat het op levende dieren kan worden gebruikt zonder hun bewegingsvrijheid te beperken. Hoewel sommige ervaren technische teams soortgelijke tests terloops kunnen uitvoeren, is het een uitdaging voor teams met een puur wetenschappelijke achtergrond om dit te bereiken. Onze studie is specifiek gericht op het gebruik van een draadloos draagbaar systeem, en we hebben het apparaat ontworpen met dat doel voor ogen.
Een van de belangrijkste voordelen is dat we de connectoren en het apparaat zelf hebben geminiaturiseerd. Dit ontwerp helpt om de belasting tijdens meetexperimenten te verminderen, vooral bij het werken met proefdieren. Ons laboratorium heeft tot doel het onderzoek naar behandelingen voor kleine dieren vooruit te helpen door een biosignaalmeetsysteem te ontwikkelen met closed-loop feedbackmonitoring.
Dit systeem stelt ons in staat om preciezere en adaptievere therapeutische resultaten te bereiken, waardoor de effectiviteit van behandelingen wordt verbeterd. Knip om te beginnen een met polytetrafluorethyleen gecoate roestvrijstalen draad in een lengte van 140 millimeter en 60 millimeter. Leg drie platte knopen op een 140 millimeter lange draad en plaats ze op 40 en 100 millimeter ten opzichte van de knoop.
Laat een opening van twee millimeter vanaf de knoop aan de korte zijde van de draden van 140 millimeter. Gebruik vervolgens een soldeerbout om twee millimeter isolatie gedeeltelijk te verwijderen. Aan de lange zijde moet vanaf het uiteinde twee millimeter isolatie volledig worden verwijderd.
Verwijder voor de draad van 60 millimeter twee millimeter isolatie aan het ene uiteinde en 10 millimeter aan het andere uiteinde. Nadat u de isolatie volledig hebt verwijderd, bevestigt u de draad door deze aan het connectoraccessoire te solderen. Monteer het metalen onderdeel dat op de draad is aangesloten in de plastic behuizing.
Bevestig de connector aan een 3D-geprinte plastic geleider met gaten om deze op de dierenhuid te bevestigen. Breng biocompatibel cyanoacrylaat aan om te voorkomen dat het gesoldeerde deel in contact komt met de incisieplaats. Snijd een 0,2 millimeter dikke nikkelplaat en buig deze om de connector om deze af te schermen, waardoor mogelijke schade door het dier wordt voorkomen.
Maak om te beginnen met behulp van een chirurgische schaar een incisie van 5 tot 10 millimeter rond het lumbale gebied van de verdoofde rat waar de connector zal worden bevestigd. Maak vervolgens een incisie van ongeveer 10 tot 15 millimeter op de huid over de doelspier en verwijder de fascia onder de huid om de spier bloot te leggen. Gebruik een steriele trocar om een doorgang te creëren voor de draad om van de lumbale incisie naar de doelspierpositie te gaan.
Nadat u de draadelektrode en connector hebt voorbereid, gebruikt u de trocar om de draadelektroden bij de lumbale incisie samen te knijpen en trekt u ze voorzichtig door naar de incisie van de doelspier. Gebruik een hechtnaald om de elektrodedraad in de doelspier in te brengen. Leid de draad die door de spier is gegaan terug naar het inbrengpunt.
Zet het vast met een platte knoop en knip de resterende draad door. Nadat u de draadelektrode in de doelspier hebt vastgezet, hecht u de incisieplaats met behulp van een 4/0 hechtdraad. Hecht de incisie onder de connector vast en zorg ervoor dat de hele draad in het lichaam wordt ingebracht en stevig wordt gehecht.
Bevestig ten slotte de connector aan de rughuid van de rat met behulp van hechtdraad.
Overzicht
Dit artikel presenteert een protocol voor de installatie en voorbereiding van intramusculaire elektroden en een geminiaturiseerd meetapparaat voor elektromyografie (EMG)-analyse. Het systeem maakt draadloze transmissie van real-time EMG-gegevens mogelijk, wat de studie naar het herstel van de voortbeweging bij ratten in een slagmodel vergemakkelijkt.
Belangrijkste componenten van de studie
Wetenschapsgebied
- Elektrofysiologie
- Locomotieonderzoek
- Neurowetenschap
Achtergrond
- Traditionele EMG-methoden vereisen vaak bekabelde verbindingen.
- Bekabeling kan de beweging van het dier beperken en de resultaten van het onderzoek beïnvloeden.
- Deze studie heeft tot doel deze beperkingen te overwinnen.
- De ontwikkeling van een closed-loop feedbacksysteem voor real-time monitoring is gaande.
Doel van de studie
- Om EMG te meten bij kleine dieren zonder dat deze vastgebonden zijn.
- Om therapeutische resultaten te verbeteren door middel van real-time feedback.
- Om het herstel van de locomotie bij ratten in een berotemodel te onderzoeken.
Gebruikte methoden
- Installatie van intramusculaire elektroden.
- Voorbereiding van een geminiaturiseerd meetapparaat.
- Draadloze verzending van EMG-gegevens.
- Real-time monitoring van het herstel van de locomotie.
Belangrijkste Resultaten
- Succesvolle implantatie van intramusculaire elektroden.
- Effectieve draadloze transmissie van EMG-gegevens.
- Real-time monitoring demonstreerde de haalbaarheid.
- Potentieel voor verbeterde analyse van het herstel van de voortbeweging.
Conclusies
- Het ontwikkelde systeem pakt de beperkingen van traditionele methoden aan.
- Draadloze EMG-metingen kunnen de beweging van dieren verbeteren.
- Real-time feedback kan therapeutische strategieën verbeteren.
Veelgestelde vragen
Industriële relevantie voor directie
Draadloze EMG-metingen in real-time bij kleine diermodellen lossen een kritieke bottleneck in preklinisch neuromusculair onderzoek op door onbeperkte gedragsstudies en het vastleggen van fysiologisch relevantere gegevens mogelijk te maken. Deze functionaliteit vergroot het voorspellend vertrouwen in translationele modellen en ondersteunt het mechanistische risicobeheer voor de validatie van neuromusculaire targets. Door de miniaturisering van het systeem en de integratie van closed-loop feedback fungeert het als een herbruikbaar platform voor vroege ontdekking en de verdere ontwikkeling van de preklinische pijplijn.
Strategische toepassingen in biofarmaceutische R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Maakt functionele ondervraging van neuromusculaire pathways in vrij bewegende diermodellen mogelijk.
- Ondersteunt mechanische risicoreductie door het leveren van fysiologisch relevante EMG-gegevens in realtime.
- Faciliteert targetvalidatie via adaptieve feedback en nauwkeurige monitoring van spier- en zenuwresponsen.
Screening & Assayontwikkeling
- Bereidt gevalideerde diermodellen voor voor downstream screening van verbindingen en efficiëntiestudies.
- Standaardiseert de EMG-signaalacquisitie voor reproduceerbare, kwantitatieve resultaten over experimenten heen.
- Maakt schaalbare, draadloze assay-platforms mogelijk voor high-throughput preklinische screening.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Sychroniseert preklinische modellen met ziekterelateerde locomotorische eindpunten voor de ontwikkeling van translationele biomarkers.
- Handhaaft continuïteit van vroege ontdekking tot preklinische validatie door adaptieve therapeutische testen te ondersteunen.
- Vermindert het translationele risico door real-time functionele resultaten vast te leggen in relevante diersystemen.
Integratie van Pipeline & Workflow
Dit draadloze EMG-systeem is geïntegreerd in het continuüm van ontdekking tot preklinisch onderzoek en ondersteunt hypothesetoetsing, lead-identificatie en translationeel onderzoek in neuromusculaire en rehabilitatie-pipelines.
- Ontdekkingsbiologie: Levert EMG-gegevens met een hoge getrouwheid voor pathway-verduidelijking en hypothesetoetsing in vivo.
- Screening: Levert reproduceerbare, kwantitatieve EMG-outputs die geschikt zijn voor de evaluatie van de effectiviteit van verbindingen.
- Analytica: Maakt real-time signaalbewaking en statistische vergelijking van locomotorische responsen mogelijk.
- Translationeel onderzoek: Slaat een brug tussen vroege ontdekking en preklinische validatie met ziekte-relevante functionele eindpunten.
- Bedrijfsbrede hergebruikbaarheid: Biedt een modulair, draadloos platform dat aanpasbaar is aan diverse neuromusculaire onderzoeksprogramma's.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellende vertrouwen en vermindert mechanistische ambiguïteit in neuromusculaire studies.
- Operationele waarde: Verbessert de standaardisatie, reproduceerbaarheid en schaalbaarheid van EMG-gegevensverzameling.
- Strategische waarde: Verbetert de go/no-go-besluitvorming en kapitaalefficiëntie door het mogelijk maken van robuuste preklinische datageneratie.
- Portfolio-impact: Ondersteunt risico-gecorrigeerde prioritering en de verdere ontwikkeling van neuromusculaire en rehabilitatie-assets.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in chirurgische electrode-implantatie en het hanteren van draadloze apparatuur.
- Vereist toegang tot infrastructuur voor real-time data-acquisitie en analyse.
- Vraagt om cross-team standaardisatie van de plaatsing van elektroden en protocollen voor signaalverwerking.
- Aanpassing aan verschillende diermodellen kan aanpassingen in de miniaturisering van connectoren en apparatuur vereisen.
- Potentiële beperkingen omvatten de duurzaamheid van het apparaat en de tolerantie van het dier, zoals ondersteund door de bron.
