Przenośny system pomiarowy elektromiograficzny dla małych zwierząt w czasie rzeczywistym
15 listopada 2024
Przedstawiono protokół instalacji i przygotowania elektrod domięśniowych, wraz z montowanym na zwierzętach, zminiaturyzowanym urządzeniem pomiarowym do analizy elektromiografii (EMG) w badaniach lokomocji. System ten umożliwia bezprzewodową transmisję danych EMG w czasie rzeczywistym w celu zbadania regeneracji lokomocji u szczurów po udarze.
Metoda ta ma na celu pomiar EMG u małych zwierząt bez konieczności połączenia na uwięzi ze sprzętem pomiarowym. Wiązanie może ograniczać ruchy zwierzęcia i prowadzić do pewnych niedogodności. Zaczęliśmy od pytania, czy możemy zaradzić tym ograniczeniom.
Obecnie opracowujemy i testujemy urządzenie do stymulacji elektrycznej do leczenia mięśni i nerwów. W przeciwieństwie do tradycyjnych metod, które wykorzystują stymulację w pętli otwartej do regeneracji, nasze podejście obejmuje sprzężenie zwrotne w pętli zamkniętej w celu monitorowania efektu w czasie rzeczywistym. Integracja ta ma na celu poprawę wyników terapeutycznych.
Skupiamy się na miniaturyzacji urządzenia, aby można było go używać na żywych zwierzętach bez ograniczania ich ruchów. Podczas gdy niektóre doświadczone zespoły inżynierskie mogą wykonywać podobne testy od niechcenia, osiągnięcie tego jest wyzwaniem dla zespołów z czysto naukowym zapleczem. Nasze badanie ma na celu wykorzystanie bezprzewodowego systemu ubieralnego i zaprojektowaliśmy urządzenie z myślą o tym celu.
Jedną z kluczowych zalet jest to, że zminiaturyzowaliśmy złącza oraz samo urządzenie. Taka konstrukcja pomaga zmniejszyć obciążenie podczas eksperymentów pomiarowych, zwłaszcza podczas pracy z osobami na zwierzętach. Nasze laboratorium ma na celu postęp w badaniach nad leczeniem małych zwierząt poprzez opracowanie systemu pomiaru sygnałów biologicznych z monitorowaniem sprzężenia zwrotnego w pętli zamkniętej.
System ten pozwala nam osiągać bardziej precyzyjne i adaptacyjne wyniki terapeutyczne, zwiększając skuteczność zabiegów. Aby rozpocząć, przytnij drut ze stali nierdzewnej pokrytej politetrafluoroetylenem na długość 140 milimetrów i 60 milimetrów. Zawiąż trzy węzły na drucie o długości 140 milimetrów, umieszczając je na 40 i 100 milimetrach w stosunku do węzła.
Pozostaw dwumilimetrową przerwę od węzła na krótszym boku drutów o średnicy 140 milimetrów. Następnie za pomocą lutownicy częściowo zdejmij dwa milimetry izolacji. Na dłuższym boku całkowicie zdejmij dwa milimetry izolacji od końca.
W przypadku drutu o średnicy 60 milimetrów usuń dwa milimetry izolacji z jednego końca i 10 milimetrów z drugiego końca. Po całkowitym zdjęciu izolacji przymocuj przewód, przylutowując go do akcesorium złącza. Zamontuj metalową część podłączoną do przewodu w plastikowej obudowie.
Przymocuj złącze do wydrukowanej w 3D plastikowej prowadnicy z otworami do mocowania go do skóry zwierzęcia. Zastosuj biokompatybilny cyjanoakrylan, aby zapobiec kontaktowi lutowanej części z miejscem nacięcia. Wytnij niklowaną płytkę o grubości 0,2 milimetra i zegnij ją wokół złącza, aby ją osłonić, zapobiegając potencjalnym uszkodzeniom przez zwierzę.
Aby rozpocząć, za pomocą nożyczek chirurgicznych wykonaj nacięcie o długości od 5 do 10 milimetrów wokół odcinka lędźwiowego znieczulonego szczura, w którym zostanie przymocowany łącznik. Następnie wykonaj nacięcie o długości około 10 do 15 milimetrów na skórze nad docelowym mięśniem i usuń powięź pod skórą, aby odsłonić mięsień. Użyj sterylnego trokaru, aby stworzyć przejście, przez które drut przejdzie od nacięcia lędźwiowego do docelowej pozycji mięśnia.
Po przygotowaniu zespołu drutu elektrodowego i łącznika, za pomocą trokara ściśnięć druty elektrodowe w nacięciu lędźwiowym i ostrożnie przeciągnij je do docelowego nacięcia mięśnia. Użyj igły do szycia, aby wprowadzić drut elektrody do docelowego mięśnia. Poprowadź drut, który przeszedł przez mięsień, z powrotem do punktu jego wprowadzenia.
Zabezpiecz go węzłem od góry i odetnij pozostały drut. Po zabezpieczeniu drutu elektrodowego w mięśniu docelowym należy zszyć miejsce nacięcia za pomocą nici do szwu 4/0. Zszyj nacięcie pod łącznikiem, upewniając się, że cały drut jest włożony do ciała i bezpiecznie zszyty.
Na koniec przymocuj łącznik do skóry grzbietowej szczura za pomocą nici do szwów.
Przegląd
Niniejszy artykuł przedstawia protokół instalacji i przygotowania elektrod domięśniowych oraz zminiaturyzowanego urządzenia pomiarowego do analizy elektromiografii (EMG). System ten umożliwia bezprzewodową transmisję danych EMG w czasie rzeczywistym, co ułatwia badanie regeneracji funkcji lokomocyjnych u szczurów w modelu udaru.
Kluczowe komponenty badania
Dziedzina nauki
- Elektrofizjologia
- Badania lokomocji
- Neuronauka
Wstęp
- Tradycyjne metody EMG często wymagają połączeń przewodowych.
- Przewody mogą ograniczać ruchomość zwierząt i wpływać na wyniki badań.
- Celem niniejszego badania jest przezwyciężenie tych ograniczeń.
- Trwają prace nad opracowaniem systemu sprzężenia zwrotnego w pętli zamkniętej do monitorowania w czasie rzeczywistym.
Cel badania
- Pomiar EMG u małych zwierząt bez konieczności ich uwięzi.
- Poprawa wyników terapeutycznych dzięki sprzężeniu zwrotnemu w czasie rzeczywistym.
- Badanie regeneracji funkcji lokomocyjnych u szczurów w modelu udaru.
Zastosowane metody
- Instalacja elektrod domięśniowych.
- Przygotowanie zminiaturyzowanego urządzenia pomiarowego.
- Bezprzewodowa transmisja danych EMG.
- Monitorowanie regeneracji lokomocji w czasie rzeczywistym.
Główne wyniki
- Pomyślna implantacja elektrod domięśniowych.
- Skuteczna bezprzewodowa transmisja danych EMG.
- Monitorowanie w czasie rzeczywistym potwierdziło wykonalność metody.
- Potencjał w zakresie usprawnionej analizy regeneracji lokomocji.
Wnioski
- Opracowany system rozwiązuje ograniczenia tradycyjnych metod.
- Bezprzewodowy pomiar EMG może usprawnić ruchy zwierząt.
- Informacja zwrotna w czasie rzeczywistym może poprawić strategie terapeutyczne.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Bezprzewodowy pomiar EMG w czasie rzeczywistym w modelach zwierząt laboratoryjnych rozwiązuje krytyczny problem w przedklinicznych badaniach nerwowo-mięśniowych, umożliwiając nieograniczone badania behawioralne i pozyskiwanie danych o większym znaczeniu fizjologicznym. Możliwość ta zwiększa pewność predykcyjną w modelach translacyjnych i wspiera ograniczanie ryzyka mechanistycznego w walidacji celów nerwowo-mięśniowych. Miniaturyzacja systemu oraz integracja sprzężenia zwrotnego w zamkniętej pętli sprawiają, że stanowi on platformę wielokrotnego użytku dla wczesnych odkryć i rozwoju etapu przedklinicznego.
Zastosowania strategiczne w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Umożliwia funkcjonalną analizę szlaków nerwowo-mięśniowych w modelach zwierzęcych w swobodnym ruchu.
- Wspiera ograniczanie ryzyka mechanistycznego poprzez dostarczanie fizjologicznie istotnych danych EMG w czasie rzeczywistym.
- Ułatwia walidację celu dzięki adaptacyjnej informacji zwrotnej oraz precyzyjnemu monitorowaniu odpowiedzi mięśni i nerwów.
Przesiewanie i opracowanie testu
- Przygotowuje zwalidowane modele zwierzęce do dalszego screeningu związków i badań skuteczności.
- Standaryzuje pozyskiwanie sygnałów EMG w celu uzyskania powtarzalnych, ilościowych wyników w różnych eksperymentach.
- Umożliwia tworzenie skalowalnych, bezprzewodowych platform analitycznych do wysokoprzepustowego screeningu przedklinicznego.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Umożliwia dopasowanie modeli przedklinicznych do istotnych dla choroby punktów końcowych w zakresie funkcji motorycznych w celu opracowania biomarkerów translacyjnych.
- Zapewnia ciągłość od wczesnej fazy odkrywania po walidację przedkliniczną poprzez wsparcie adaptacyjnych testów terapeutycznych.
- Zmniejsza ryzyko translacyjne dzięki rejestracji funkcjonalnych wyników w czasie rzeczywistym w odpowiednich systemach zwierzęcych.
Integracja potoku i przepływu pracy
Ten bezprzewodowy system EMG integruje się z kontinuum od fazy odkrywania do badań przedklinicznych, wspierając testowanie hipotez, identyfikację leadów oraz badania translacyjne w obszarze nerwowo-mięśniowym i rehabilitacyjnym.
- Biologia odkrywcza: Dostarcza wysokiej wierności dane EMG do wyjaśniania szlaków sygnałowych i testowania hipotez in vivo.
- Przesiewanie: Zapewnia powtarzalne, ilościowe wyniki EMG odpowiednie do oceny skuteczności związków.
- Analityka: Umożliwia monitorowanie sygnału w czasie rzeczywistym i statystyczne porównanie reakcji lokomotorycznych.
- Badania translacyjne: Łączy wczesną fazę odkryć z walidacją przedkliniczną za pomocą funkcjonalnych punktów końcowych istotnych dla danej jednostki chorobowej.
- Wykorzystanie przedsiębiorcze: Oferuje modułową platformę bezprzewodową, którą można dostosować do różnorodnych programów badań nad układem nerwowo-mięśniowym.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność predykcyjną i redukuje niejednoznaczność mechanistyczną w badaniach nerwowo-mięśniowych.
- Wartość operacyjna: Poprawia standaryzację, powtarzalność i skalowalność gromadzenia danych EMG.
- Wartość strategiczna: Usprawnia podejmowanie decyzji go/no-go oraz efektywność kapitałową poprzez umożliwienie generowania solidnych danych przedklinicznych.
- Wpływ na portfolio: Wspiera priorytetyzację skorygowaną o ryzyko oraz rozwój zasobów z zakresu neurologii mięśniowej i rehabilitacji.
Kwestie dotyczące wdrożenia
- Wymagana jest wiedza specjalistyczna w zakresie chirurgicznej implantacji elektrod oraz obsługi urządzeń bezprzewodowych.
- Niezbędny jest dostęp do infrastruktury akwizycji i analizy danych w czasie rzeczywistym.
- Wymagana jest standaryzacja protokołów rozmieszczenia elektrod i przetwarzania sygnałów pomiędzy zespołami.
- Adaptacja w różnych modelach zwierzęcych może wymagać dostosowania miniaturyzacji złączy i urządzeń.
- Potencjalne ograniczenia obejmują trwałość urządzeń oraz tolerancję zwierząt, zgodnie z treścią źródłową.
