A Interface Regenerativa do Nervo Periférico do Manguito Muscular para a Amplificação de Sinais Nervosos Periféricos Intactos

Shelby R. Svientek; Justin P. Wisely; Amir Dehdashtian; Jarred V. Bratley; Paul S. Cederna; Stephen W. P. Kemp

doi:10.3791/63222

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Artigo de método

A Interface Regenerativa do Nervo Periférico do Manguito Muscular para a Amplificação de Sinais Nervosos Periféricos Intactos

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DOI:

10.3791/63222

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13 de janeiro de 2022

Shelby R. Svientek¹ , Justin P. Wisely¹ , Amir Dehdashtian¹ , Jarred V. Bratley¹ , Paul S. Cederna¹^,² , Stephen W. P. Kemp¹^,²

¹Department of Surgery, Section of Plastic Surgery, The University of Michigan Health System, ²Department of Biomedical Engineering, The University of Michigan, Ann Arbor

Neste artigo

Resumo

Este manuscrito fornece um método inovador para o desenvolvimento de uma interface biológica do nervo periférico denominada Muscle Cuff Regenerative Peripheral Nerve Interface (MC-RPNI). Esta construção cirúrgica pode amplificar os sinais eferentes motores do nervo periférico associado para facilitar a detecção precisa da intenção motora e o controle potencial de dispositivos exoesqueletos.

Resumo

Os exoesqueletos robóticos ganharam aclamação recente no campo da medicina de reabilitação como uma modalidade promissora para a restauração funcional para aqueles indivíduos com fraqueza nas extremidades. No entanto, seu uso permanece em grande parte confinado a instituições de pesquisa, frequentemente operando como um meio de suporte estático de extremidades, pois os métodos de detecção motora permanecem não confiáveis. As interfaces nervosas periféricas surgiram como uma solução potencial para essa deficiência; no entanto, devido às suas amplitudes inerentemente pequenas, esses sinais podem ser difíceis de diferenciar do ruído de fundo, diminuindo sua precisão geral de detecção motora. Como as interfaces atuais dependem de materiais abióticos, a quebra inerente do material pode ocorrer ao lado da reação do tecido do corpo estranho ao longo do tempo, afetando ainda mais sua precisão. A Interface Nervosa Periférica Regenerativa do Manguito Muscular (MC-RPNI) foi projetada para superar essas complicações observadas. Consistindo de um segmento de enxerto muscular livre preso circunferencialmente a um nervo periférico intacto, o construto se regenera e se torna reinervado pelo nervo contido ao longo do tempo. Em ratos, este construto demonstrou a capacidade de amplificar os potenciais de ação eferentes motores de um nervo periférico até 100 vezes o valor normal através da geração de potenciais de ação muscular compostos (CMAPs). Essa amplificação de sinal facilita a detecção de alta precisão da intenção do motor, potencialmente permitindo a utilização confiável de dispositivos de exoesqueleto.

Introdução

Somente nos Estados Unidos, aproximadamente 130 milhões de pessoas são afetadas por distúrbios neuromusculares e musculoesqueléticos, resultando em mais de US$ 800 bilhões em impacto econômico anual ^1,2. Esse grupo de distúrbios é tipicamente secundário à patologia dentro do sistema nervoso, na junção neuromuscular ou dentro do próprio músculo³. Apesar da variedade de origens patológicas, a maioria compartilha algum grau de fraqueza dos membros ^1,3. Infelizmente, essa fraqueza é muitas vezes permanente, dadas as limitações na re....