Bouw en Implantatie van een Microinfusion systeem voor duurzame levering van neuroactive Agents.
17 maart 2008
Als neurowetenschappen onderzoek wordt meer geavanceerde, het onderzoek van de hersenen structuren en circuits vereist verbeterde niveaus van nauwkeurigheid en hogere resolutie. We hebben een methode ontwikkeld voor de voorbereiding en de implantatie van een chronische infusie-systeem in de hersenen met behulp van een borosilicate microcannula met een tip diameter van 50 micron.
Hallo, mijn naam is Miles Cunningham. Samen met Ryan O'Connor en Sydney Wong zullen we de constructie van een micro-infusiesysteem demonstreren voor de continue levering van neuroactieve agentia. Dit werk werd uitgevoerd in het laboratorium voor neuroreconstructie bij McLean Hospital, Harvard Medical School.
We willen de Sydney rbe Foundation en Narsad bedanken voor hun genereuze steun. We hebben gevonden dat neuroactieve agentia op betrouwbare wijze kunnen worden afgeleverd op discrete hersengebieden via een getrokken Bo silicaatglas microcannula met een tipdiameter die vijf tot tien keer kleiner is dan die van conventionele afleveringscannula's. Op deze dia tonen we een veel gebruikte roestvrijstalen infuuscannula naast een microcannula die we hier in dit laboratorium hebben gemaakt.
Deze vermindering in grootte van de afleveringscannula vertaalt zich in een dramatische vermindering van het trauma aan het hersengebied dat wordt bestudeerd. Veel conventionele methoden produceren in feite een laesie van of binnen het gebied van belang, waardoor de geldigheid van elk resultaat twijfelachtig wordt. Je kunt hier in paneel A de hoeveelheid verstoring in het lokale gebied zien die wordt veroorzaakt door een cannula van 0,32 millimeter in vergelijking met een cannula van 50 micron in paneel B. Deze lage vermogensfoto's zijn van natte montages van ongekleurde Vibram-secties.
Dezezelfde secties werden vervolgens gekleurd met h en e en op hogere vermogens gefotografeerd. Om de vermindering van weefselschade met de microcannula verder te illustreren, zijn de componenten van het micro-infusiesysteem een zet mini Osmo-pomp met zijn roestvrijstalen stroommodulator waarbij de flens is verwijderd. Twee tot drie centimeter polyethyleenbuis, een op maat gemaakte BOA silicaat microcannula, en een 28 gauge geleidedraad, en dit is het geassembleerde micro-infusiesysteem klaar voor implantatie.
Een standaard verticale pipettenpool wordt hier gebruikt om microcannula's met de gewenste specificaties te maken. Horizontale polen zijn ook geschikt. De Bora silicaatbuis wordt gepositioneerd en vastgezet door de temperatuur van het verwarmingselement en de spanning van de pool te variëren.
Je kunt microcannula's met specifieke diameters en lange taps toelopende schachtverbindingen betrouwbaar reproduceren. De Bora silicabuis wordt verwarmd en er wordt zachte druk uitgeoefend om de gewenste hoeveelheid buiging van de buis te verkrijgen. Deze buiging wordt op een afstand van de tip van de microcannula gemaakt die geschikt is voor de diepte van het hersendoelwit van belang en waarbij ruimte wordt gelaten boven de schedel.
De uiteindelijke lengte van deze microcannula distale buis, de buiging is ongeveer negen tot tien millimeter. Blijkbaar niet tevreden met zijn resultaat. Ryan plaatst de microcannula opnieuw om een fijne aanpassing te maken en perfectioneert de hoek van de buiging.
Dat is veel beter met behulp van een diamantpotlood. Sydney demonstreert een methode om de boorzilaatbuis ongeveer vijf millimeter proximaal van de buiging te snijden, waarbij de buis stevig op een hard oppervlak wordt vastgehouden met het distale deel van de microcannula vrij om over de rand te hangen. Ze scoret de buis cirkelvormig.
Vervolgens scheurt ze door zachte druk het buisje schoon op de gescoorde interface. De fijne transparante tip van de cannula kan vervolgens worden gekleurd met permanente inkt om de visualisatie te vergemakkelijken. Tijdens de operatie onder vergroting wordt de tip van de microcannula met microdissectiescharen op de gewenste diameter gesneden.
De tipdiameter kan worden bevestigd met een oculaire of een microscoop. Radicale uitlijningsdraden worden bereid uit 28 gauge roestvrij staaldraad die in ongeveer drie centimeter lengtes wordt gesneden. Vervolgens worden pincetten gebruikt om een kleine haak aan het uiteinde van elke draad te maken met een diameter van ongeveer twee millimeter.
De uitlijningsdraden worden samen met twee tot drie centimeter lengte polyethyleenbuis in de microcannula's in een petrischaal geplaatst. Het micro-infusiesysteem kan worden gebouwd met instrumenten die in de meeste laboratoria gebruikelijk zijn. Micropincetten, conventionele pincetten, chirurgische schaar en hemostatische klemmetjes worden in een chirurgisch doekje geplaatst voor sterilisatie.
De instrumenten, de componenten van het micro-infusiesysteem, evenals verschillende vellen aluminiumfolie worden gesteriliseerd met behulp van een standaard autoclaaf. De stroommodulator wordt voorzichtig uit de verpakking gehaald en in een steriele petrischaal geplaatst. Het wordt stevig vastgehouden met hemostaatjes en de plastic flens wordt met een schaar uit de roestvrijstalen modulatorbuis verwijderd.
De mini-osmotische pomp wordt ook uit de verpakking gehaald en in de steriele petrischaal geplaatst. De roestvrijstalen buis wordt ongeveer twee tot drie millimeter in de polyethyleenbuis geplaatst en de twee worden samen verzegeld met behulp van lichtgeactiveerde epoxy. We gebruiken Lummi bond van mijn neurale lab voor delicaat werk, we vullen een CC-spuit met Lummi bond en gebruiken een 27 gauge naald als applicator onder fel licht Lumon kuren in slechts een paar seconden.
De mini-osmotische pomp wordt gevuld door deze in een rechtopstaande positie te houden en voorzichtig te injecteren met behulp van de vulnaald die door de fabrikant wordt geleverd. We raden aan de vloeistofvolume die in de pomp wordt geïnjecteerd te observeren en of de pomp voor en na het vullen te wegen om ervoor te zorgen dat de pomp volledig is gevuld en niet defect is. Merk op dat we het hergebruik van pompen niet aanbevelen.
De volledige modulator met zijn aangehechte polyethyleenbuis wordt vervolgens in de mini-osmotische pomp geplaatst. Vloeistof in de pomp zal in de polyethyleenbuis worden geperst terwijl de schuimmodulator wordt ingevoegd. De aanvankelijke afstand van polyethyleenbuis gevuld met de vloeistof wordt genoteerd en moet worden waargenomen om toe te nemen nadat de pomp is geactiveerd met incubatie en steriele zoutoplossing bij 39 graden Celsius na 12 uur incubatie.
De geactiveerde mini-osmotische pomp wordt ondergedompeld in steriele zoutoplossing, die een luchtloze omgeving biedt voor de laatste stappen in de constructie van het micro
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Dit artikel presenteert een methode voor de preparatie en implantatie van een chronisch infusiesysteem in de hersenen. Door gebruik te maken van een borosilicaat microcannule met een tipdiameter van 50 microns, maakt deze techniek een verbeterde nauwkeurigheid mogelijk bij het toedienen van neuroactieve stoffen.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Neurowetenschappen
- Neuroengineering
- Neurofarmacologie
Achtergrond
- Vooruitgang in de neurowetenschappen vereist nauwkeurige methoden voor het onderzoek naar hersenstructuren.
- Traditionele toedieningssystemen missen mogelijk de benodigde resolutie.
- Micro-infusiesystemen kunnen de toediening van neuroactieve stoffen verbeteren.
- Onderzoek uitgevoerd bij het McLean Hospital, Harvard Medical School.
Doel van de studie
- Om de constructie van een micro-infusiesysteem te demonstreren.
- Om de continue toediening van neuroactieve stoffen aan specifieke hersengebieden mogelijk te maken.
- Om de nauwkeurigheid van de toediening van neuroactieve stoffen te verbeteren.
Gebruikte methoden
- Fabricage van een borosilicaatglas microcannule.
- Vergelijking van de microcannule met conventionele infusiecannules van roestvrij staal.
- Chronische implantatietechnieken voor langdurige toediening.
- Ondersteuning van de Sydney rbe Foundation en Narsad.
Belangrijkste resultaten
- Microcannules hebben een tipdiameter die 5 tot 10 keer kleiner is dan die van conventionele canules.
- Betrouwbare toediening van neuroactieve stoffen op specifieke plaatsen in de hersenen is aangetoond.
- Verhoogde precisie bij de toediening van neuroactieve stoffen.
- Potentieel voor verbeterde resultaten in neurowetenschappelijk onderzoek.
Conclusies
- Het ontwikkelde micro-infusiesysteem vertegenwoordigt een aanzienlijke vooruitgang in de neurowetenschappelijke methodologieën.
- Verbeterde toedieningssystemen kunnen leiden tot nauwkeurigere onderzoeksresultaten.
- Toekomstige toepassingen kunnen het gebruik van micro-infusiesystemen uitbreiden naar diverse neurowetenschappelijke studies.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie voor Managers
Precieze toediening van neuroactieve middelen aan specifieke locaties in de hersenen is van cruciaal belang voor targetvalidatie en mechanistische risicoreductie bij de ontdekking van geneesmiddelen in de neurowetenschappen. Dit microinfusiesysteem vermindert de invasiviteit en het weefseltrauma, waardoor de betrouwbaarheid van de gegevens en het translationele vertrouwen in preklinische modellen worden verbeterd. Het aanpasbare, low-profile ontwerp ondersteunt schaalbaar gebruik over verschillende soorten en studieontwerpen, wat de efficiëntie van de portfolio-triage verhoogt.
Strategische Toepassingen in Biopharma R&D
Vroege ontdekking & targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt het toetsen van therapeutische hypothesen mogelijk met een minimaal observer-effect door chirurgisch trauma.
- Operationele waarde: Ondersteunt de reproduceerbare toediening van verbindingen om target engagement in vivo te valideren.
Screening & Assayontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Biedt een gestandaardiseerd platform voor continue toediening van stoffen in dosis-responsstudies.
- Operationele waarde: Vergemakkelijkt de gereedheid van assays door consistente fabricage en implantatie van microcannules.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Wetenschappelijke waarde: Sluit aan bij ziekterelevante systemen door chronische toediening mogelijk te maken in anatomisch accurate modellen.
- Operationele waarde: Vermindert variabiliteit door ontstekingen en storende letsels, wat de preklinische voorspelbaarheid verbetert.
Integratie van Pipeline & Workflow
De methode integreert in de discovery biology via hypothesetesten, screening door middel van kwantitatieve aflevering en translationeel onderzoek door preklinische continuïteit te ondersteunen met verminderde biologische ruis.
- Discovery Biology: Maakt precieze targetvalidatie mogelijk door storende letsels in de hersengebieden van belang te minimaliseren.
- Screening: Levert middelen met een hoge reproduceerbaarheid, wat bijdraagt aan betrouwbare resultaten bij het screenen van verbindingen.
- Analytics: Produceert kwantificeerbare blootstelling aan neuroactieve middelen, wat helpt bij de vergelijkende analyse van condities.
- Translationeel Onderzoek: Ondersteunt de continuïteit naar preklinische validatie door chirurgische storende factoren te verminderen die biomarker-signalen maskeren.
- Enterprise Hergebruik: Vertegenwoordigt een herbruikbare capaciteit voor chronische infusie over meerdere neurofarmacologische projecten.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Voorspellende betrouwbaarheid door vermindering van mechanistische ambiguïteit als gevolg van chirurgisch trauma.
- Operationele waarde: Standaardisatie en schaalbaarheid via aanpasbare fabricage van microcannules.
- Strategische waarde: Verbeterde go/no-go-beslissingen door verhoging van de datavaliditeit in target-validatiestudies.
- Impact op portfolio: Risico-gecorrigeerde prioritering door verbeterde preklinische signaal-ruisverhoudingen.
Overwegingen voor de implementatie
- Vereist expertise in het trekken van glazen micropipetten en het vormen hiervan door verhitting.
- Toegang tot een microforge, stereotaxische instrumenten en aseptische technieken is noodzakelijk.
- Vereist standaardisatie tussen teams voor de afmetingen van de canule en de implantatieprotocollen.
- Omvat overwegingen voor aanpassing aan variërende schedelcontouren en doeldieptes tussen verschillende soorten.
- Beperkt door handmatige fabricatiestappen die de doorvoer kunnen beïnvloeden zonder video-ondersteunde training.
