Autonomiczny i ładowalny mikroneurostymulator endoskopowo wszczepiany do błony podśluzowej
27 września 2018
Zastosowanie stymulacji niskoenergetycznej o wysokiej częstotliwości może złagodzić objawy dysmotoryki żołądka. W niniejszej pracy zaprezentowano miniaturowe, endoskopowo wszczepialne i ładowalne bezprzewodowo urządzenie, które wszczepia się do kieszonki podśluzówkowej. Skuteczna obustronna komunikacja i kontrola stymulacji zostały osiągnięte podczas eksperymentu na żywej świni.
Główną zaletą tej techniki jest to, że oferuje znacznie mniej inwazyjne podejście. Ogólnie rzecz biorąc, osoby, które dopiero zaczynają korzystać z tej metody, będą miały trudności, ponieważ rozwój urządzeń wszczepialnych jest dyscypliną, która wymaga doświadczenia zarówno w projektowaniu sprzętu, jak i oprogramowania. Wizualna demonstracja tej metody ma kluczowe znaczenie, ponieważ endoskopowa implantacja podśluzówkowa jest procedurą eksperymentalną, która nie jest obecnie stosowana w codziennej praktyce.
Aby rozpocząć tę procedurę, umieść płytki PCB na płaskiej powierzchni. Użyj dozownika pasty lutowniczej z igłą 0.6 milimetra i ciśnieniem 60 PSI, aby ręcznie dozować mniej niż 15 mikrolitrów pasty lutowniczej na każdą metalową podkładkę na płytce drukowanej. Zacznij od górnej strony płytki drukowanej.
Za pomocą pęsety antystatycznej umieść wszystkie elementy na górnej warstwie płytki drukowanej. Przypisz pozycje komponentów i komponenty do ich numerów. Następnie użyj stacji gorącej wiatrówki na płytce drukowanej o temperaturze 260 stopni Celsjusza, aby wszystkie elementy.
Poczekaj, aż cała pasta lutownicza się stopi. Odłóż gorącą wiatrówkę i pozwól desce ostygnąć do temperatury pokojowej. Podłącz płytkę drukowaną do wszystkich innych elementów elektrycznych z wyjątkiem akumulatora.
cewkę komunikacyjną ładowania bezprzewodowego do padów drugiego i trzeciego, a następnie podłącz antenę do padu pierwszego, a elektrody PCB do padów numer cztery i pięć. Następnie baterię CG-320 do padów szóstego i siódmego. Ujemny zacisk akumulatora musi być przylutowany do podkładki siódmej.
Zachowaj ostrożność podczas wykonywania kolejnych kroków. Urządzenie jest teraz zasilane i jest wrażliwe na zwarcia i kontakt z metalowymi przedmiotami. Następnie należy obkurczyć rurkę gorącą wiatrówką podgrzaną do 150 stopni Celsjusza, a następnie pozostawić do ostygnięcia.
Następnie nałóż klej epoksydowy na lewy koniec, aby uszczelnić jedną stronę rurki, a następnie przyklej elektrodę do tylnej części płytki drukowanej za pomocą rurki. Następnie uszczelnij drugi koniec rurki. W tym kroku umieść płytki PCB na płaskiej powierzchni.
Użyj dozownika pasty lutowniczej z igłą 0,6 milimetra i ciśnieniem 60 PSI, aby ręcznie dozować mniej niż 50 mikrolitrów pasty lutowniczej na każdą metalową podkładkę na płytce drukowanej. Za pomocą pęsety antystatycznej umieść wszystkie elementy na górnej warstwie płytki drukowanej. Przypisz pozycję komponentu i komponenty do ich numerów.
Użyj stacji do gorącej wiatrówki na płytce drukowanej ustawionej na 260 stopni Celsjusza, aby wszystkie elementy. Poczekaj, aż cała pasta lutownicza się stopi. Odłóż gorącą wiatrówkę i pozwól desce ostygnąć do temperatury pokojowej.
Następnie zasilacz 12 V jest podłączany do ściany i złącze USB jest wkładane do komputera. Następnie otwórz oprogramowanie PuTTY. Wybierz Szeregowy jako typ połączenia, a następnie wprowadź COMX jako linię szeregową, gdzie X to numer portu COM urządzenia. Jeśli nie zainstalowano żadnego innego urządzenia z portem COM, ten numer będzie równy jeden.
Wprowadź 38, 400 jako prędkość. Kliknij przycisk Otwórz. Ładowarka nadajnika jest teraz gotowa do użycia.
W celu wykonania implantacji i wizualizacji należy wprowadzić do żołądka dedykowany endoskop w modelu zwierzęcym z wszczepialnym urządzeniem wciśniętym w sidła. W przypadku znalezienia się w żołądku zwolnij urządzenie. Następnie wyjmij endoskop.
Wyposaż go w nasadkę do preparacji, a następnie włóż go ponownie do żołądka. W celu wszczepienia urządzenia do błony podśluzówkowej należy nałożyć roztwór soli fizjologicznej zmieszany z błękitem metylenowym do warstwy podśluzówkowej za pomocą cewnika igłowego do terapii iniekcyjnej. Wykonaj poziome nacięcie, aby utworzyć otwór w błonie podśluzowej za pomocą noża elektrochirurgicznego z końcówką w kształcie gałki.
Włóż przymocowaną nasadkę do nowo utworzonej przestrzeni i za pomocą noża elektrochirurgicznego kontynuuj przerywanie, rozszerzanie i preparowanie warstwy podśluzówkowej, aby stworzyć wystarczająco dużą kieszeń do włożenia urządzenia stymulacyjnego. Chwyć urządzenie, które leży swobodnie w żołądku, za pomocą prawidłowo ustawionych elektrod za pomocą chwytaka i wsuń je do kieszonki podśluzówkowej. Następnie użyj dwóch klipsów hemostatycznych, aby zabezpieczyć urządzenie na miejscu wewnątrz kieszonki podśluzówkowej.
Następnie wyciągnij endoskop. Załóż klips Ovesco na endoskop i włóż go ponownie do żołądka. Skieruj endoskop w stronę kieszeni, chwyć obie strony kieszeni i przyłóż Ovesco.
Następnie sprawdź prawidłowe umieszczenie Ovesco. Po udanym wszczepieniu umieść cewkę nadajnika ładowarki w pobliżu wszczepionego urządzenia, a następnie podłącz RTL2832 dongle do komputera. Uruchom oprogramowanie HDSDR i ustaw częstotliwość środkową na 432 megaherce. Następnie wybierz częstotliwość LO na 431.95 megaherca, a następnie wybierz Dostosuj częstotliwość do 432.00 megaherców.
Wybierz opcję Przepustowość do 960 000. Prześlij sekwencję zakodowaną w Manchesterze z nadajnika ładowarki, naciskając R w terminalu PuTTY i odbierz modulowaną odpowiedź OOK z implantu pokazanego w głównym oknie HDSDR. Pokazana tutaj jest górna warstwa miedzi płytki drukowanej.
Nazwy komponentów są wskazane na górnej warstwie. A oto dolna warstwa miedzi na płytce drukowanej. Nazwy komponentów znajdują się na dolnej warstwie.
A ten rysunek pokazuje złożony obraz wszystkich warstw PCB. Po opanowaniu tej techniki można ją wykonać w ciągu czterech godzin w przypadku produkcji urządzenia do implantacji i jednej godziny w przypadku implantacji i testowania urządzenia, jeśli zostanie wykonane prawidłowo. Podczas wykonywania tej procedury ważne jest, aby przed implantacją zweryfikować wszystkie funkcje wszczepialnego urządzenia.
Po tej procedurze można przeprowadzić inne metody, takie jak dalszy rozwój algorytmu i przetwarzanie danych, aby odpowiedzieć na dodatkowe pytania, takie jak wydajność metody. Po opracowaniu technika ta utorowała drogę naukowcom w dziedzinie gastroenterologii do zbadania trzeciej przestrzeni w przewodzie pokarmowym. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak wykonać endoskopową implantację autonomicznego mikronuerostymulatora żołądka w błonie podśluzówkowej.
Nie zapominaj, że praca z pastą lutowniczą i produkcją elektroniki, w tym praca z gorącą wiatrówką, może być niebezpieczna, a podczas wykonywania tej procedury należy zawsze nosić środki ostrożności, takie jak rękawice i okulary ochronne.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejsze badanie zbada nowatorskie podejście do łagodzenia dysmotilności żołądka za pomocą stymulacji o wysokiej częstotliwości i niskim poborze energii za pomocą miniaturowego, endoskopowo implantowalnego urządzenia. Urządzenie zostało zaprojektowane do implantacji podsierpowcowej w żywych modelach na świniach, wykazując pomyślną komunikację i kontrolę stymulacji.
Kluczowe elementy badania
Obszar nauki
- Neuronauki
- Gastroenterologia
- Inżynieria biomedyczna
Tło
- Dysmotilność żołądka jest poważnym dolegliwem, wpływającym na funkcjonowanie żołądka i jakość życia pacjenta.
- Obecne metody są często inwazyjne, prowadząc do komplikacji i przedłużonego okresu powrotu do zdrowia.
- Nowe techniki z wykorzystaniem implantowalnych urządzeń obiecują zmniejszenie inwazyjności.
- Niniejsze badanie ma na celu zapewnienie metody, która mogłaby być stosowana w przyszłych warunkach klinicznych.
Cel badania
- Zaprojektować i przetestować zaawansowane implantowalne urządzenie do stymulacji żołądka.
- Zbadać wykonalność i skuteczność metody na żywych modelach zwierząt.
- Zgłębić zrozumienie regulacji motylności żołądka za pomocą stymulacji elektrycznej.
Zastosowane metody
- W badaniu wykorzystano żywy model świni do procedury implantacji.
- Zostało opracowane miniaturowe urządzenie przeznaczone do implantacji podsierpowcowej.
- Kluczowe kroki obejmowały montaż PCB, lutowanie komponentów i techniki implantacji endoskopowcowej.
- Zarysowano ważne kroki proceduralne, koncentrując się na pozycjonowaniu urządzenia i jego zabezpieczaniu w tkance żołądka.
Główne wyniki
- Pomyślna implantacja i odzyskiwanie danych z urządzenia zostało osiągnięte podczas eksperymentów.
- Potwierdzono proces komunikacji między urządzeniem a zewnętrznym systemem sterowania.
- Wstępne wyniki sugerują potencjalne zmniejszenie inwazyjności w protokołach leczenia dysmotilności żołądka.
- Badania stwarczają podstawę dla przyszłych badań nad implantowalnymi urządzeniami w zaburzeniach przewodu pokarmowego.
Wnioski
- Niniejsze badanie wykazuje innowacyjne podejście do leczenia dysmotilności żołądka za pomocą minimalnie inwazyjnych technik.
- Przyszłe badania mogą prowadzić do zastosowań klinicznych w leczeniu zaburzeń żołądka.
- Implikacje obejmują zwiększenie naszego zrozumienia motylności przewodu pokarmowego i potencjalnych strategii terapeutycznych.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
Miniaturized, endoscopically implantable neurostimulators represent a significant advance for translational research in gastrointestinal motility disorders. This approach enables less invasive, rechargeable, and wirelessly controlled interventions, supporting mechanistic de-risking and functional target validation in preclinical models. The technology positions R&D teams to explore neuromodulation strategies with improved predictive confidence and workflow integration.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables functional interrogation of neuromodulation hypotheses in disease-relevant in vivo models.
- Supports biological de-risking by allowing controlled, repeatable stimulation and monitoring of gastric tissue responses.
- Facilitates target validation for bioelectronic therapies addressing gastric dysmotility.
Screening & Assay Development
- Provides a platform for standardized, quantitative assessment of stimulation parameters and tissue responses.
- Enables reproducible device placement and stimulation protocols for comparative studies.
- Supports assay development for evaluating neuromodulatory compound or device effects in vivo.
Translational & Preclinical Research
- Aligns with translational biomarker strategies by enabling real-time monitoring and bidirectional communication in large animal models.
- Bridges discovery and preclinical validation by demonstrating device feasibility and functional readouts in physiologically relevant systems.
- Reduces translational risk by providing scalable, minimally invasive implantation workflows.
Pipeline & Workflow Integration
This implantable device methodology fits within the continuum from early discovery through preclinical validation, supporting both hypothesis testing and translational continuity.
- Discovery Biology: Facilitates mechanistic studies of neuromodulation in gastrointestinal tissue.
- Screening: Enables standardized, quantitative readouts for device and stimulation parameter optimization.
- Analytics: Provides bidirectional communication for real-time data acquisition and device control.
- Translational Research: Demonstrates feasibility in large animal models, supporting preclinical advancement.
- Enterprise Reuse: Offers a reusable platform for iterative device and protocol development across programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in neuromodulation research.
- Operational Value: Standardizes device assembly, implantation, and testing for reproducibility and scalability.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision-making by enabling robust preclinical evaluation of bioelectronic interventions.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of neuromodulation assets targeting gastrointestinal disorders.
Implementation Considerations
- Requires multidisciplinary expertise in electronics, software, and endoscopic surgical techniques.
- Demands access to specialized instrumentation for device assembly, wireless charging, and bidirectional communication.
- Necessitates rigorous cross-team standardization of implantation and testing protocols.
- Adaptation to other model systems may require device and workflow customization.
- Practical limitations include the need for careful device verification and safety precautions during assembly and implantation.
