Implantacja urządzeń optoelektronicznych w rdzeniu kręgowym gryzoni
12 lipca 2024
Ten protokół szczegółowo opisuje procedurę chirurgiczną przeprowadzania operacji rdzenia kręgowego oraz wszczepiania i zabezpieczania trzonu optycznego nad rdzeniem kręgowym u gryzoni.
Wprowadzamy innowacyjną i łatwą do wykonania metodykę implantacji i zabezpieczania sond neuronowych w rdzeniu kręgowym gryzoni. Protokół implantacji jest przeznaczony dla sond neuronowych, które wymagają bezpośredniego kontaktu z rdzeniem kręgowym i może być dostosowany do sond, które nie wymagają bezpośredniego kontaktu. Ostatnie postępy w dziedzinie elastycznej bioelektroniki znacznie udoskonaliły wszczepialne urządzenia neuromodulacyjne.
Chociaż urządzenia te są szeroko stosowane w badaniach nad mózgiem, istnieją ograniczone doniesienia na temat ich zastosowania w delikatnej i ruchomej tkance rdzenia kręgowego. Ponadto kręgosłup szyjny jest szczególnie głęboki w stosunku do reszty kręgosłupa, co dodatkowo komplikuje bezpieczeństwo sondy. Protokoły przedstawione w tym artykule umożliwiają naukowcom bez doświadczenia w chirurgii zbadanie skomplikowanych obwodów rdzenia kręgowego.
W szczególności wdrożenie w pełni wszczepialnych urządzeń optoelektronicznych może odpowiedzieć na pytania związane z obwodami i funkcją rdzenia kręgowego. Na początek zabezpiecz ogolonego, znieczulonego szczura na stereotaktycznej ramie. Za pomocą sterylnych kleszczy zbadaj palpacyjnie podstawę czaszki, wyczuj wyraźny wyrostek kolczysty rozciągający się doogonowo w pobliżu podstawy czaszki, zidentyfikowany jako C2. Kontynuuj badanie palpacyjne ogonowe do C2, aby znaleźć szczególnie ostry i spiczasty wyrostek kolczysty identyfikowany jako T2. Wykonaj nacięcie w skórze za pomocą skalpela, zaczynając od C2 i rozciągając się doogonowo na około 1,5 centymetra.
Ostrożnie przetnij podskórną warstwę tłuszczową, aby odsłonić nienaruszoną mięśnię grzbietową. Następnie wykonaj rozwarstwienie mięśni grzbietowych, odciągając je od linii środkowej za pomocą dwóch kleszczy Adson. Za pomocą rongeur i sterylnych kleszczy podnieś płat skóry bezpośrednio doogonowo do naciętego obszaru.
Następnie za pomocą rongeurs utwórz małą kieszeń podskórną dla urządzenia optoelektronicznego. Umieść retraktor, aby odsłonić kręgosłup. Za pomocą rongeurs usuń wszelkie pozostałe mięśnie lub tkanki pokrywające kręgi i zacznij identyfikować segmenty rdzenia kręgowego.
Bezpośrednio ogonowy do mięśnia w kształcie kuli jest C4, a następnie C5 i C6. Po zakończeniu spłucz obszar operacyjny sterylną solą fizjologiczną i osusz sterylną gazą. Aby umieścić sondę pod blaszką, należy wykonać laminektomię boczną w C5 i C6, tworząc boczny otwór w blaszce. Aby umieścić sondę nad blaszką, należy wykonać laminektomię przyśrodkową C5, odsłaniając jedynie ścieżkę przyśrodkową.
Po laminektomii spłucz obszar sterylną solą fizjologiczną i osusz sterylną gazą, aby usunąć wszelkie resztki kości. Trzymaj sterylne urządzenie optoelektroniczne z plastikowymi końcówkami, sterylnymi kleszczami i wbij je do otworu podskórnego. Zszyj lub przyklej urządzenie do sąsiedniej warstwy mięśniowej.
Umieść zwijacz wokół rdzenia kręgowego i otwórz odpowiednie okienko, aby umieścić sondę na rdzeniu kręgowym. Następnie ostrożnie włóż sondę za pomocą plastikowych kleszczyków pod blaszki C5 i C6, przesuwając ją przez boczne kanały. Aby umieścić sondę nad rdzeniem kręgowym, wyreguluj sondę za pomocą plastikowych kleszczyków do wyrównywania i umieść końcówkę sondy na górze okna przyśrodkowego utworzonego w C5. Całkowicie osusz zamierzony obszar cementowania przed nałożeniem jednej lub dwóch kropli cementu dentystycznego na końcówkę sondy.
Na koniec potwierdzono, że zastosowany cement jest bezpieczny. Analiza funkcji motorycznych wykazała podobne wyniki funkcji kończyn przednich w grupach implantów urządzeń i grup pozorowanych do 7 dnia. Podobnie, nie było statystycznie istotnych różnic między grupami pod względem wyników kończyn tylnych we wszystkich punktach czasowych.
Przegląd
Niniejszy artykuł przedstawia procedurę chirurgiczną operacji rdzenia kręgowego u gryzoni, koncentrując się na implantacji i stabilizacji optoelektronicznych sond neuronowych. Metoda ta została opracowana dla badaczy nieposiadających wcześniejszego doświadczenia chirurgicznego i ułatwia badanie obwodów rdzenia kręgowego.
Kluczowe komponenty badania
Dziedzina nauki
- Neurochirurgia
- Neuroinżynieria
- Badania nad rdzeniem kręgowym
Wstęp
- Ostatnie postępy w dziedzinie elastycznej bioelektroniki usprawniły działanie urządzeń implantowalnych.
- Zastosowanie sond neuronalnych w rdzeniu kręgowym jest słabiej zbadane w porównaniu do badań nad mózgiem.
- Głębokość położenia odcinka szyjnego kręgosłupa utrudnia stabilne zamocowanie sondy.
- Opisana metodologia pozwala badaczom na analizę obwodów rdzenia kręgowego.
Cel badania
- Aby zapewnić szczegółowy protokół implantacji sond neuronowych w rdzeniu kręgowym.
- Aby umożliwić badanie funkcji i obwodów rdzenia kręgowego.
- Aby ułatwić prowadzenie badań nawet naukowcom z ograniczonym doświadczeniem chirurgicznym.
Zastosowane metody
- Metodologia obejmuje przeprowadzenie operacji rdzenia kręgowego u znieczulonych gryzoni.
- Sondy neuronalne są implantowane za pomocą technik laminektomii bocznej lub przyśrodkowej.
- Kluczowe etapy obejmują unieruchomienie szczura, wykonanie nacięć oraz prawidłowe umieszczenie sond.
- Analiza pooperacyjna służyła ocenie funkcji motorycznych w celu zapewnienia stabilności sondy.
Główne wyniki
- Brak istotnych różnic w funkcji kończyn przednich i tylnych między grupami z implantami urządzeń a grupami pozorowanymi w 7. dniu.
- Procedura ta umożliwia bezpieczną implantację sond, co sprzyja uzyskaniu efektywnych wyników w badaniach nad mechanizmami rdzeniowymi.
- Zachowanie funkcji motorycznych potwierdza zasadność implantacji urządzeń w badaniach nad rdzeniem kręgowym.
Wnioski
- Niniejsze badanie przedstawia szczegółowy protokół chirurgiczny implantacji sondy do rdzenia kręgowego.
- Umożliwia ono badanie mechanizmów neuronalnych rdzenia kręgowego bez konieczności posiadania zaawansowanych umiejętności chirurgicznych.
- Metodologia ta ma szerokie zastosowanie w rozwoju badań nad rdzeniem kręgowym.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Implantacja urządzeń optoelektronicznych w rdzeniu kręgowym gryzoni umożliwia precyzyjne badania neuromodulacji w obszarze anatomicznym, który wcześniej stanowił wyzwanie. Możliwość ta rozszerza zestaw narzędzi translacyjnych służących do badania obwodów rdzeniowych, wspierając wczesną walidację celów oraz ograniczanie ryzyka mechanistycznego w procesie odkrywania neuroterapii. Powtarzalność i adaptacyjność niniejszego protokołu sprawiają, że stanowi on fundamentalny schemat postępowania w przedklinicznej ocenie urządzeń i interwencji.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Umożliwia bezpośrednią funkcjonalną analizę obwodów rdzenia kręgowego w celu walidacji celu.
- Wspiera ograniczanie ryzyka mechanistycznego poprzez umożliwienie kontrolowanej neuromodulacji in vivo.
- Ułatwia prowadzenie badań opartych na hipotezach dotyczących funkcji rdzenia kręgowego i efektów interwencji.
Przesiewy i opracowywanie testów
- Zapewnia ustandaryzowany protokół chirurgiczny dla powtarzalnego umieszczania urządzenia.
- Gwarantuje spójne celowanie anatomiczne dla ilościowych odczytów behawioralnych.
- Przygotowuje zwalidowane modele zwierzęce do późniejszych przesiewowych badań neuromodulacyjnych.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Umożliwia ocenę bezpieczeństwa urządzenia oraz jego wpływu funkcjonalnego w systemach istotnych dla danej jednostki chorobowej.
- Zapewnia ciągłość procesu od etapu odkrycia po przedkliniczną walidację interwencji neuromodulacyjnych.
- Pozwala na podejmowanie decyzji o dalszym rozwoju w oparciu o analizę ryzyka i ilościowe wyniki funkcji motorycznych.
Integracja potoku i przepływu pracy
Niniejszy protokół wpisuje się w proces badań od fazy odkrycia do fazy przedklinicznej, umożliwiając rzetelne testy in vivo urządzeń i interwencji neuromodulacyjnych skierowanych na rdzeń kręgowy.
- Biologia odkrywcza: Umożliwia testowanie hipotez i wyjaśnianie szlaków w obwodach rdzeniowych.
- Przesiewanie: Dostarcza powtarzalnych, ilościowych wyników behawioralnych do analizy porównawczej.
- Analityka: Dostarcza wyników funkcji motorycznych jako obiektywnych zmiennych zależnych do oceny statystycznej.
- Badania translacyjne: Jest zgodne z wymaganiami dotyczącymi przedklinicznej oceny bezpieczeństwa i skuteczności.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Oferuje wielokrotnego użytku ramy chirurgiczne i analityczne dla różnorodnych badań nad urządzeniami i interwencjami.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorstwowy
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną w walidacji celów rdzeniowych oraz w badaniach mechanistycznych.
- Wartość operacyjna: Standaryzuje implantację i ocenę, poprawiając powtarzalność i skalowalność.
- Wartość strategiczna: Wspiera decyzje typu go/no-go, dostarczając wczesnych danych dotyczących bezpieczeństwa funkcjonalnego i skuteczności.
- Wpływ na portfolio: Umożliwia priorytetyzację aktywów neuromodulacyjnych skierowanych na rdzeń kręgowy z uwzględnieniem ryzyka.
Uwagi dotyczące implementacji
- Wymagana jest biegłość chirurgiczna w przeprowadzaniu procedur na rdzeniu kręgowym gryzoni oraz identyfikacji punktów orientacyjnych anatomicznych.
- Niezbędny jest dostęp do aparatów stereotaksycznych, instrumentów chirurgicznych i urządzeń optoelektronicznych.
- Wymagana jest standaryzacja międzyzespołowa w celu zapewnienia spójności ocen behawioralnych i funkcjonalnych.
- Metoda jest możliwa do dostosowania do różnych konstrukcji urządzeń, w tym tych, które nie wymagają bezpośredniego kontaktu z rdzeniem kręgowym.
- Wyzwania techniczne obejmują minimalizację urazów tkanek oraz zapewnienie stabilnego zakotwiczenia urządzenia.
