Opracowanie taniej elektrody do elektromiografii epimysjalnej: uproszczony przepływ pracy przy produkcji i testowaniu
12 kwietnia 2024
Naszym celem było dostarczenie zaktualizowanego, łatwego do zrozumienia przewodnika na temat produkcji i testowania elektrod do elektromiografii epimysalnej. W tym celu udostępniamy instrukcje dotyczące pozyskiwania materiałów oraz szczegółowy przewodnik po procesie produkcji i testowania.
Staramy się zrozumieć nerwowo-mięśniowe i elektryczne fizjologiczne konsekwencje uszkodzenia ACL za pomocą przedklinicznego modelu gryzoni. Nasze obecne eksperymenty wykorzystują wszczepialne epimysjalne elektrody EMG, aby zbadać, w jaki sposób nieinwazyjne uszkodzenie ACL zmienia aktywację mięśnia czworogłowego. Chociaż istnieją podstawowe zasoby szczegółowo opisujące kwestie związane z wytwarzaniem i testowaniem elektrod, naszym celem jest dostarczenie zaktualizowanego, łatwego do zrozumienia przewodnika po wytwarzaniu i testowaniu elektrod epimysjalnych dla nowoczesnego laboratorium elektrofizjologii.
Naszym celem było usprawnienie procesu wytwarzania i testowania epimysial EMG, ułatwiając szersze zastosowanie elektrod epimysial w postępie badań nerwowo-mięśniowych. Na początek użyj taśmy, aby zabezpieczyć silikonową podstawę na przyrządzie do cięcia. Perforuj silikon za pomocą prowadnic przyrządów tnących i noża X-ACTO do umieszczania folii kontaktowych.
Za pomocą składanego przyrządu zegnij biokompatybilne, wstępnie pocięte folie kontaktowe z platyny lub radu w kształt litery U. Włóż folie w perforowane szczeliny w silikonowej podstawie, aby skonstruować powierzchnie styku elektrody, zapewniając odpowiednie odstępy między elektrodami. Umieść kawałek taśmy chirurgicznej na powierzchniach kontaktowych, aby utrzymać folie na miejscu.
Usuń silikonową podstawę z przyrządu tnącego. Odwróć silikonową podstawę, aby odsłonić ramiona foliowe w kształcie litery U. Przytrzymaj jedno ramię każdej folii w kształcie litery U równo z silikonową podstawą.
Przytnij drut ze stali nierdzewnej pokrytej perfluoroalkoksy na żądaną długość. Za pomocą zapalniczki oddenuuj jeden koniec drutu. Umieść obnażony koniec drutu po wewnętrznej stronie rozłożonego ramienia folii i zspawaj go za pomocą mikrospawarki TIG.
Aby przetestować połączenie folii drucianej, napnij drut ze stali nierdzewnej. Jeśli połączenie się utrzyma, złóż ramię foliowe w dół, zrównaj się z silikonową podstawą i usuń taśmę obramowującą arkusz silikonowy. Następnie wymieszaj biokompatybilny płynny silikon z toluenem, aż do uzyskania pożądanej rozcieńczalszej lub przypominającej syrop konsystencji.
Upuść mieszaninę za pomocą strzykawki z końcówką w rozmiarze 18 i nałóż ją na tył spawanych elektrod, aby ją uszczelnić. Po 72 godzinach za pomocą nożyczek pokrój silikonową podstawę na pojedyncze elektrody. Po wyprodukowaniu elektrody przymocuj każdy przewód ołowiany elektrody do kanału na płytce interfejsu elektrody.
Podłącz standardową elektrodę przemysłową do tej samej płyty w celu porównania. Teraz podłącz płytkę interfejsu elektrody do platformy akwizycji danych za pomocą systemu magnetycznych na uwięzi. Usuń jeden koniec drutu ze stali nierdzewnej pokrytego perfluoroalkoksylem i przyspawaj go punktowo do źródła uziemienia.
Przypnij przewód uziemiający do wyznaczonej pozycji uziemienia na płycie. W szklanej zlewce o pojemności 250 mililitrów dodaj 180 mililitrów 0,9% sterylnej soli fizjologicznej. Zanurz zarówno wykonane na zamówienie, jak i standardowe elektrody epimysjalne w kąpieli solankowej i zabezpiecz je w stabilnej pozycji.
Następnie umieść źródło uziemienia w kąpieli solankowej i zabezpiecz jego pozycję. Zanurz dwie stymulujące elektrody igłowe w kąpieli solankowej i podłącz je do generatora sygnału. W generatorze sygnału ustaw napięcie na 0,1 wolta, a częstotliwość na pięć herców.
Dostarczaj powtarzające się przebiegi do kąpieli solankowej, aby porównać zarejestrowane sygnały między elektrodami wyprodukowanymi na zamówienie a standardowymi elektrodami przemysłowymi. Oceniaj wydajność nieformalnie i wizualnie w czasie rzeczywistym, aby ocenić zmienność sygnału między elektrodami. Korelacje wewnątrzklasowe wykazały wysoki poziom zgodności między elektrodami wytwarzanymi na zamówienie a standardowymi elektrodami przemysłowymi we wszystkich kształtach fal.
Kształty fal sinusoidalnych wykazały korelację wewnątrzklasową 0,993, kształty fali prostokątnej 0,995, a formy fal trójkątnych 0,958. Wykresy Blanda-Altmana wykazały również wysoki stopień zgodności sygnału między elektrodami. Podobnie, korelacje Pearsona wykazały silne dodatnie korelacje między elektrodami produkowanymi na zamówienie a standardowymi elektrodami przemysłowymi.
Przegląd
Niniejsze badanie stanowi kompleksowy przewodnik po wykonaniu i testowaniu elektrod do elektromiografii (EMG) epimyzjalnej z wykorzystaniem przedklinicznego modelu gryzoni. Analizuje ono nerwowo-mięśniowe i elektrofizjologiczne skutki urazu ACL w zakresie aktywacji mięśnia czworogłowego, a jego celem jest ułatwienie wdrażania produkcji niestandardowych elektrod w badaniach z zakresu elektrofizjologii.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Elektrofizjologia
- Badania neuromięśniowe
- Inżynieria biomedyczna
Wstęp
- Elektrody do elektromiografii są niezbędne do rejestrowania aktywacji mięśni.
- Istniejące zasoby dotyczące wykonania elektrod nie zawierają nowoczesnych aktualizacji.
- Zrozumienie wpływu urazu ACL na aktywację mięśni jest kluczowe dla rehabilitacji.
- Precyzja wykonania elektrod może mieć znaczący wpływ na jakość danych.
Cel badania
- Przedstawienie zaktualizowanego przewodnika po produkcji elektrod do elektromiografii.
- Usprawnienie procesu produkcji elektrod w celu zwiększenia ich użyteczności w badaniach.
- Ułatwienie szerszego zastosowania w badaniach nerwowo-mięśniowych po urazie ACL.
Zastosowane metody
- Wytworzono i przetestowano implantowalne elektrody EMG do aplikacji na powięź mięśniową (epimysialne).
- W badaniu wykorzystano przedkliniczny model gryzoni w celu oceny aktywacji mięśnia czworogłowego.
- W dostarczonych tekstach nie wspomniano o żadnych przepływach pracy z zakresu multiomiki.
- Kluczowe etapy wykonania obejmowały przymocowanie silikonowej podstawy, formowanie folii kontaktowych oraz uszczelnienie elektrod biokompatybilnym silikonem.
- Testy polegały na porównaniu elektrod wykonanych na zamówienie ze standardami przemysłowymi przy użyciu układu z kąpielą solną.
Główne wyniki
- Elektrody wykonane na zamówienie wykazały wysoki stopień zgodności sygnału z elektrodami standardowymi stosowanymi w przemyśle.
- Współczynniki korelacji wewnątrzklasowej wskazały na silną spójność w przypadku różnych kształtów fal.
- Zastosowana metodologia potwierdziła skuteczność procesu produkcji niestandardowej.
- Wydajność została oceniona za pomocą testów różnych kształtów fal, co przyniosło dodatnie korelacje.
Wnioski
- Niniejsze badanie przedstawia niezawodną metodę wytwarzania elektrod EMG, co rozszerza możliwości ich zastosowania w badaniach.
- Przyjęcie takich metodologii może usprawnić proces pozyskiwania danych w badaniach nad układem nerwowo-mięśniowym.
- Wnioski z badań przekładają się na lepsze zrozumienie oraz strategie rehabilitacji urazów ACL.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Niezawodne i niskokosztowe elektrody EMG do aplikacji epimysjalnej są kluczowe w przedklinicznych badaniach nerwowo-mięśniowych, umożliwiając rzetelną ocenę aktywacji mięśni oraz wydajności urządzeń. Ten usprawniony proces wytwarzania i walidacji zwiększa pewność prognostyczną we wczesnych badaniach odkrywczych i translacyjnych, zapewniając ilościowe i powtarzalne pozyskiwanie sygnałów EMG. Podejście to usprawnia podejmowanie decyzji w zakresie portfela badawczego, dostarczając ustandaryzowanych i skalowalnych narzędzi dla modelowych systemów istotnych w badaniach nad chorobami.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Umożliwia ilościową analizę funkcji nerwowo-mięśniowych w modelach przedklinicznych.
- Wspiera funkcjonalną walidację celów terapeutycznych poprzez dostarczanie wiarygodnych odczytów EMG.
- Ułatwia ograniczanie ryzyka mechanistycznego dzięki bezpośredniemu pomiarowi aktywacji mięśni.
- Zwiększa pewność prognostyczną w odniesieniu do późniejszych badań translacyjnych.
Przesiewy i rozwój testów
- Zapewnia zwalidowane systemy elektrod do standaryzowanej akwizycji sygnałów EMG.
- Umożliwia uzyskiwanie powtarzalnych, ilościowych wyników w celu opracowania testów i przesiewów.
- Wspiera skalowalność i ponowne wykorzystanie platformy w wielu badaniach przedklinicznych.
- Ułatwia wiarygodne porównanie elektrod niestandardowych z elektrodami standardowymi.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Umożliwia dopasowanie pomiarów EMG do punktów końcowych istotnych dla przebiegu choroby w modelach nerwowo-mięśniowych.
- Zapewnia ciągłość od wczesnej fazy odkrywania po walidację przedkliniczną poprzez wsparcie badań podłużnych.
- Zmniejsza ryzyko biologiczne poprzez potwierdzenie biokompatybilności urządzenia oraz stabilności sygnału w czasie.
- Umożliwia podejmowanie decyzji o dalszym rozwoju projektu z uwzględnieniem ryzyka w oparciu o wiarygodne dane funkcjonalne.
Integracja potoku i przepływu pracy
Ten proces wytwarzania i walidacji elektrod integruje się z kontinuum od odkryć do badań przedklinicznych, wspierając zarówno badania oparte na hipotezach, jak i rozwój modeli translacyjnych.
- Biologia odkrywcza: Dostarcza ilościowych danych EMG do testowania hipotez i wyjaśniania ścieżek w badaniach nerwowo-mięśniowych.
- Screening: Zapewnia gotowe do analizy, powtarzalne elektrody dla spójnego pozyskiwania i porównywania sygnałów.
- Analityka: Umożliwia analizę statystyczną zgodności sygnałów, impedancji oraz synchronii czasowej między typami elektrod.
- Badania translacyjne: Wspiera podłużną ocenę wydajności i biokompatybilności urządzeń in vivo.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Ustanawia zstandaryzowany, skalowalny protokół wytwarzania elektrod do szerokiego zastosowania w badaniach i rozwoju (R&D).
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną i zmniejsza niejednoznaczność mechanistyczną w badaniach nerwowo-mięśniowych.
- Wartość operacyjna: Usprawnia produkcję elektrod, standaryzację oraz powtarzalność w różnych badaniach.
- Wartość strategiczna: Umożliwia podejmowanie lepszych decyzji typu go/no-go oraz zwiększa efektywność kapitałową dzięki dostarczaniu solidnych danych ilościowych.
- Wpływ na portfolio: Wspiera priorytetyzację skorygowaną o ryzyko oraz rozwój programów badań nerwowo-mięśniowych.
Wskazówki dotyczące wdrożenia
- Wymaga doświadczenia w zakresie wytwarzania elektrod oraz testowania elektrofizjologicznego.
- Wymaga dostępu do sprzętu do mikropawania, pracy z silikonem oraz instrumentacji do akwizycji danych.
- Wymaga standaryzacji międzyzespołowej w celu zapewnienia powtarzalnych parametrów pracy elektrod.
- Metoda jest możliwa do adaptacji w różnych systemach modeli przedklinicznych po przeprowadzeniu odpowiedniej walidacji.
- Wydajność może różnić się w zależności od powtarzalności procesu wytwarzania i specyficznych wymagań modelu.
