Chirurgia implantacji w celu stymulacji nerwu błędnego jamy brzusznej i rejestrowanie badań na obudzonych szczurach
19 stycznia 2024
Obecny protokół opisuje technikę chirurgiczną polegającą na wszczepianiu elektrod do nerwu błędnego w jamie brzusznej u szczurów, wraz z metodami przewlekłego testowania elektrofizjologii i stymulacji za pomocą wszczepionego urządzenia.
VNS w jamie brzusznej ma tę zaletę, że nie powoduje skutków ubocznych związanych z sercem i układem oddechowym związanych z VNS szyjki macicy. Celem pracy było zbadanie przeciwzapalnego działania VNS w jamie brzusznej w szczurzym modelu reumatoidalnego zapalenia stawów. Wcześniej wykazaliśmy, że VNS w jamie brzusznej zmniejsza objawy szczurzego modelu nieswoistego zapalenia jelit.
Obecnie prowadzone jest pierwsze badanie kliniczne na nieludziach, którego celem jest zbadanie bezpieczeństwa i skuteczności VNS w jamie brzusznej w leczeniu nieswoistych zapaleń jelit. Rozszerzamy nasze badania nad neuromodulacją, aby sprawdzić, czy możemy rejestrować spontaniczną aktywność nerwu błędnego wywołaną stanem zapalnym jako kolejny krok do opracowania adaptacyjnego systemu VNS w jamie brzusznej do leczenia stanów zapalnych. Wykazaliśmy, że VNS w jamie brzusznej nie powoduje żadnych skutków sercowych lub oddechowych, które są związane z VNS szyjki macicy.
I ma działanie przeciwzapalne w szczurzych modelach nieswoistego zapalenia jelit i reumatoidalnego zapalenia stawów. Wpływ VNS w jamie brzusznej na organizm nie jest dobrze poznany w porównaniu z VNS w odcinku szyjnym. Protokół ten może pomóc w ustaleniu eksperymentalnych protokołów testowania wpływu VNS w jamie brzusznej na różne parametry fizjologiczne u zdrowych zwierząt lub stany zapalne, takie jak toczeń układowy i przewlekła choroba nerek.
Aby rozpocząć, umieść znieczulonego szczura na stole operacyjnym. Następnie użyj 1 mililitrowej strzykawki z igłą o rozmiarze 25, aby podać środek przeciwbólowy podskórnie. Nałóż żel pod oczy na zwierzęta, aby zapobiec wysuszeniu oczu pod narkozą.
Następnie obficie ogol się wokół miejsca nacięcia. Oczyść miejsce operacji za pomocą Betadine i umieść serwetę chirurgiczną na zwierzęciu. Za pomocą strzykawki o pojemności 1 mililitra z igłą o rozmiarze 25 należy podać bupiwakainę podskórnie w miejsce nacięcia.
Za pomocą ostrza skalpela wykonaj 2-centymetrowe nacięcie na plecach na cokół przezskórny. Obróć szczura do pozycji grzbietowej i wykonaj 3-centymetrowe nacięcie na skórze wzdłuż linii środkowej tuż poniżej wyrostka mieczykowatego. Przytrzymaj skórę w pobliżu miejsca nacięcia i użyj nożyczek preparacyjnych, aby stępić warstwę skóry z warstwy mięśniowej wokół nacięcia.
W celu podskórnego tunelowania układu elektrod należy ustawić zwierzę na prawym boku. Włóż hemostat z nacięcia brzusznego i sekcję w kierunku miejsca nacięcia grzbietowego. Następnie weź nasadkę na igłę, odetnij jej krawędź i włóż zestaw elektrod w celu ochrony podczas transportu.
Tuneluj matrycę elektrod pod skórą w kierunku nacięcia brzusznego za pomocą sterylnych rękawiczek. Aby ocenić przełyk i nerw błędny, ponownie umieść zwierzę w pozycji leżącej grzbietowej. Wykonaj 3-centymetrowe nacięcie na warstwie mięśniowej wzdłuż linii środkowej poniżej wyrostka mieczykowatego, aby odsłonić wątrobę.
Utwórz mniejsze nacięcie na warstwie mięśniowej bocznie do głównego nacięcia brzusznego. Użyj zmodyfikowanej nasadki igły, aby tunelować matrycę elektrod przez to małe nacięcie w jamie brzusznej. Następnie cofnij warstwy skóry i mięśni, aby jama brzuszna była otwarta.
Za pomocą nożyczek Vannas przetnij otaczającą tkankę łączną i umieść mały kawałek gazy nasączonej solą fizjologiczną w jamie brzusznej. Umieść retraktor między przełykiem a żołądkiem, aby delikatnie cofnąć żołądek i wyprostować przełyk i nerw błędny. Teraz odsłoń brzuszną powierzchnię przełyku i zidentyfikuj nerw błędny brzuszny i jego podgałęzie, w tym wątrobę, celiakię i dwie gałęzie żołądka.
Użyj cienkich kleszczy i nożyczek Vannas, aby przeciąć tkankę łączną mocującą nerw błędny brzuszny do przełyku. Wypreparuj nerw tuż nad gałęziami wątroby i celiakii w kierunku przepony. Umieść układ elektrod obok nerwu, aby upewnić się, że wystarczająco długi nerw jest oddzielony od tkanki łącznej, aby pomieścić matrycę.
Po oczyszczeniu tkanki łącznej przełóż jedwabne szwy na stronę elektrody mankietu matrycy pod nerwem. Otwórz mankiet matrycy i ostrożnie umieść nerw w kanale matrycy. Następnie bezpiecznie zawiąż szwy wokół mankietu, aby zapobiec wysunięciu się nerwu i przytnij szwy po zawiązaniu.
Użyj jedwabnego szwu 7-0, aby przymocować zakładkę matrycy do przełyku, zabezpieczając matrycę na miejscu i zapobiegając jej skręcaniu. Zmień prawidłowe położenie wątroby. Za pomocą strzykawki o pojemności 1 mililitra podaj 1 do 2 mililitrów ciepłej sterylnej soli fizjologicznej do jamy brzusznej.
Zamknij warstwę mięśniową jedwabnym szwem 3-0 przy użyciu prostej techniki szwu biegowego. Wymieszaj bezpieczne kwadratowe węzły z co najmniej trzema rzutami na obu końcach, aby upewnić się, że szwy się trzymają. Używając wchłanialnego materiału do szycia, zamknij nacięcie skóry za pomocą techniki szycia zakopanego, aby zapobiec usunięciu szwu przez zwierzę.
Obróć zwierzę w stan leżenia brzusznego. Przedłuż nacięcie grzbietowe do 4 do 5 centymetrów za pomocą nożyczek i wypreparuj między warstwami mięśni i skóry, tak aby podstawa łącznika przezskórnego mogła przylegać płasko do warstwy mięśniowej. Użyj jedwabnego szwu 3-0, aby wykonać od 6 do 8 prostych przerywanych szwów wokół podstawy łącznika, mocując go do warstwy mięśniowej pod spodem.
Zamknij nacięcie skóry jedwabnym szwem 3-0 za pomocą techniki poziomego szwu materacowego. Po zakończeniu zabiegu roztwory Hartmanna należy podać podskórnie. Zacznij od wprowadzenia zestawu elektrod do nerwu błędnego w jamie brzusznej u szczura.
Aby wykonać badanie elektrofizjologiczne, należy podłączyć jeden koniec do łącznika przezskórnego, a drugi koniec do stymulatora. Zmierz napięcie szczytowe na końcu pierwszej fazy przebiegu napięcia i oblicz całkowitą impedancję za pomocą prawa Ohma. Następnie podłącz parę elektrod do stymulatora, a drugą do urządzenia rejestrującego.
Zastosuj stymulację bipolarną do wygenerowania ECAP przy użyciu elektrody referencyjnej implantu VNS do różnicowego zapisu ECAP. Wykonaj dwa zestawy nagrań, z których każdy ma średnio 50 powtórzeń, korzystając z oprogramowania do akwizycji i analizy danych. Użyj oprogramowania do analizy danych, aby zmierzyć napięcie międzyszczytowe przebiegów w oknie analizy w celu przeanalizowania odpowiedzi ECAP.
Przegląd
Niniejsze badanie opisuje protokół chirurgiczny implantacji macierzy elektrod na brzusznym nerwie błędnym u szczurów, mający na celu zbadanie przeciwzapalnych efektów stymulacji brzusznego nerwu błędnego (VNS) w modelach reumatoidalnego zapalenia stawów oraz nieswoistych zapaleń jelit. W badaniu podkreślono brak niepożądanych efektów kardiologicznych i oddechowych w porównaniu do szyjnej VNS.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauka
- Neurofarmakologia
- Techniki chirurgiczne
Wstęp
- Brzuszna stymulacja nerwu błędnego (VNS) może przynieść korzyści terapeutyczne bez skutków ubocznych towarzyszących szyjnej stymulacji VNS.
- Przeciwzapalne działanie brzusznej stymulacji VNS zbadano na modelach szczurzych reumatoidalnego zapalenia stawów oraz niespecyficznego zapalenia jelit.
- Obecnie prowadzone badania kliniczne oceniają bezpieczeństwo i skuteczność brzusznej stymulacji VNS w leczeniu stanów zapalnych.
- Wpływ brzusznej stymulacji VNS na parametry fizjologiczne nie jest jeszcze w pełni poznany.
Cel badania
- Opracowanie protokołów eksperymentalnych do oceny efektów brzusznej stymulacji nerwu błędnego (VNS).
- Zbadanie aktywności nerwu błędnego indukowanej spontanicznym stanem zapalnym.
- Charakterystyka metody VNS, która może zostać dostosowana do różnych stanów zapalnych.
Zastosowane metody
- Przeprowadzono chirurgiczną implantację macierzy elektrod w brzusznym nerwie błędnym u znieczulonych szczurów.
- Procedura obejmowała staranną dyssekcję i fiksację w celu zapewnienia stabilności macierzy elektrod.
- Po operacji przeprowadzono badania elektrofizjologiczne w celu oceny aktywności nerwu.
- Zastosowano precyzyjne techniki szycia, aby zabezpieczyć elektrodę i zminimalizować ryzyko powikłań.
Główne wyniki
- Operacja została zaprojektowana w celu zapewnienia stabilnego rozmieszczenia elektrody w pobliżu brzusznego nerwu błędnego.
- Przeprowadzono pomiary elektrofizjologiczne, aby ocenić aktywność nerwu po stymulacji.
- Przewlekłe oceny mogą dostarczyć informacji na temat przeciwzapalnych mechanizmów regulacyjnych wspomaganych przez brzuszną stymulację nerwu błędnego (VNS).
- Badanie potwierdza potencjał brzusznej VNS w leczeniu stanów zapalnych.
Wnioski
- Protokół ten stanowi podstawę do dalszych badań nad stymulacją nerwu błędnego (VNS) w obrębie jamy brzusznej w różnych modelach chorób zapalnych.
- Wyniki te mogą umożliwić przyszłe badania nad badaniem mechanizmów neuronalnych związanych ze stymulacją nerwu błędnego.
- Zrozumienie wpływu brzusznej VNS może wpłynąć na strategie terapeutyczne w leczeniu zaburzeń zapalnych.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Stymulacja brzusznego nerwu błędnego (VNS) u czuwających szczurów umożliwia prowadzenie selektywnych badań nad neuromodulacją bez efektów ubocznych w obrębie układu krążenia i oddechowego, które obserwuje się przy szyjnej VNS. Podejście to wspiera mechanistyczne ograniczanie ryzyka i zwiększa pewność prognostyczną w odniesieniu do przeciwzapalnych strategii terapeutycznych w fazie przedklinicznego odkrywania leków. Metoda ta pozycjonuje brzuszną VNS jako skalowalną platformę do oceny neuromodulacji w systemach istotnych dla przebiegu chorób w różnych wskazaniach zapalnych.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Umożliwia badanie szlaków nerwu błędnego zaangażowanych w mechanizmy chorób zapalnych.
- Wspiera funkcjonalną walidację celu poprzez izolowanie efektów brzusznej części nerwu błędnego bez zakłócających systemowych działań ubocznych.
- Ułatwia budowanie przewidywań dotyczących neuromodulacji jako hipotezy terapeutycznej w stanach zapalnych.
Przesiewy i opracowywanie testów
- Zapewnia zwalidowany system in vivo do ilościowych odczytów elektrofizjologicznych po VNS.
- Umożliwia powtarzalny pomiar wywołanych złożonych potencjałów czynnościowych (ECAPs) w celu standaryzacji analizy.
- Wspiera późniejszy screening związków lub urządzeń poprzez ustanowienie solidnych protokołów stymulacji i rejestracji.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Jest zgodny z modelami szczurzymi istotnymi dla chorób, co pozwala na translacyjne badanie biomarkerów w nieswoistej zapalnej chorobie jelit oraz reumatoidalnym zapaleniu stawów.
- Zapewnia ciągłość przejścia od odkryć mechanistycznych do przedklinicznej walidacji strategii neuromodulacji.
- Zmniejsza ryzyko translacyjne poprzez zapewnienie selektywnej stymulacji bez efektów fizjologicznych poza celem.
Integracja potoku i przepływu pracy
Metoda ta wpisuje się w kontinuum od odkryć do badań przedklinicznych, umożliwiając prowadzenie badań nad neuromodulacją opartych na hipotezach, ilościową ocenę elektrofizjologiczną oraz translacyjne modelowanie chorób.
- Biologia odkrywcza: Wspiera testowanie hipotezy zerowej dotyczącej udziału nerwu błędnego w regulacji stanu zapalnego.
- Screening: Zapewnia powtarzalne pomiary ECAP w celu przygotowania testów i porównywalności między badaniami.
- Analityka: Dostarcza ilościowe wyniki zmiennych zależnych do analizy statystycznej i porównania warunków.
- Badania translacyjne: Przenosi ustalenia mechanistyczne do przedklinicznych modeli chorobowych w celu optymalizacji ryzyka rozwoju.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Tworzy wielorazową platformę in vivo do badań nad neuromodulacją w wielu wskazaniach zapalnych.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorstwa
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną i redukuje niejednoznaczność mechanistyczną w walidacji celów neuromodulacji.
- Wartość operacyjna: Standaryzuje procedury chirurgiczne i elektrofizjologiczne w celu zapewnienia powtarzalności i skalowalności.
- Wartość strategiczna: Wspiera decyzje o kontynuacji lub przerwaniu badań (go/no-go) poprzez dostarczenie wiarygodnych, wolnych od efektów ubocznych danych przedklinicznych.
- Wpływ na portfolio: Umożliwia priorytetyzację zasobów neuromodulacyjnych w pipeline'ach chorób zapalnych z uwzględnieniem analizy ryzyka.
Wskazówki dotyczące wdrożenia
- Wymagana jest biegłość w chirurgii gryzoni oraz technikach rejestracji elektrofizjologicznej.
- Niezbędny jest dostęp do specjalistycznych macierzy elektrod, stymulatorów i systemów akwizycji danych.
- Konieczna jest rygorystyczna standaryzacja protokołów chirurgicznych i rejestracyjnych pomiędzy zespołami.
- Adaptacja do innych modeli chorobowych może wymagać optymalizacji protokołu ze względu na różnice anatomiczne lub fizjologiczne.
- Niezbędna jest szczególna ostrożność podczas manipulacji, aby uniknąć nieoptymalnego umiejscowienia elektrod lub powikłań chirurgicznych.
Najczęściej zadawane pytania dotyczące biofarmacji
Chapters in this video
0:00
Introduction
1:49
Electrode Array Implantation on the Abdominal Vagus Nerve in Rats for Recording Evoked Compound Action Potentials
6:16
Chronic Electrophysiology Testing and Abdominal Vagus Nerve Stimulation Using an Implanted Electrode Array in Awake Rats
