Implante de arranjo de eletrocorticografia mole subdural (ECoG) e registro cortical de longa duração em miniporcos

Este modelo pode se tornar um padrão para validação de segurança e eficácia para dispositivos corticais crônicos em termos de biocompatibilidade, resolução e qualidade do sinal. Nosso procedimento descreve um método reprodutível e escalável para realizar o acompanhamento em longo prazo da segurança e eficácia do dispositivo. Isso inclui monitoramento neural ao longo do tempo, bem como imagens in vivo e ex vivo.

Nosso método auxiliará no desenvolvimento de neuropróteses corticais sensitivas e motoras. É uma ferramenta para entender a atividade de redes corticais em larga escala. Este método pode ser usado em neurociência fundamental para investigar a conectividade funcional sobre diferentes áreas corticais.

Também pode ser aplicado a outros modelos animais de grande porte. A abordagem cirúrgica necessita de alguma prática, que pode ser adquirida em cadáveres ou experimentos agudos primeiro. As medidas devem então ser bastante simples.

Para começar, incite a pele do animal anestesiado com uma faca de bisturi ao longo da linha média. Separe o músculo e o periósteo do osso usando um raspador e coloque espalhadores para um acesso ideal. Para realizar a craniotomia, perfure o contorno usando uma broca óssea com uma broca de corte redonda, levando em consideração a espessura do crânio medida na radiografia.

Irrigar o local de perfuração com solução salina para evitar superaquecimento do osso. Perfure cuidadosamente o contorno de forma homogênea até atingir a dura-máter. No primeiro avanço, termine de perfurar o contorno até que ele tenha afinado o suficiente para quase romper.

Em seguida, use uma espátula plana para romper o retalho ósseo em uma peça usando a borda da craniotomia como alavanca. Para a realização da durotomia, utilizando a agulha de um kit de sutura de seis oh, perfurar e levantar cuidadosamente a dura-máter na extremidade anterior ou posterior da craniotomia, na metade do caminho entre os lados medial e lateral, e criar o início de uma incisão com o faca facada. Em seguida, usando uma pequena espátula plana inserida no espaço subdural, agindo como uma base de corte para proteger o córtex.

Crie uma fenda anteroposterior na dura-máter avançando simultaneamente com as duas ferramentas. Certifique-se de que a fenda é ligeiramente maior do que a largura do implante. Coloque o implante acima da fenda da dura-máter e, com uma pinça pequena, insira o dispositivo por via subdural, deslizando-o sequencialmente em cada borda.

Segure cuidadosamente a extremidade do pedestal do dispositivo e avance com o implante para não criar tensão que atrapalhe a inserção. Pare a inserção quando a borda do conector estiver localizada na parte superior da fenda. Para fixar o implante no lugar, coloque uma ponte de titânio sobre o cabo após a borda da craniotomia ou nas asas de ancoragem e fixe-o com um ou dois parafusos de titânio usando a chave de fenda apropriada.

Em seguida, suture cuidadosamente a dura-máter ao redor do cabo do implante. Usando uma sutura reabsorvível de três oh e um pequeno suporte de agulha, junte as duas bordas da dura-máter o máximo possível sem rasgar a fina membrana com o fio de sutura. Para realizar a colocação do retalho ósseo, fixar uma ponte de titânio na parte anterior e posterior de cada retalho ósseo com um parafuso de titânio.

Parafuse a extremidade das pontes de titânio para o crânio. Em seguida, planeje a orientação da platina para garantir que todas as pernas possam ser parafusadas no crânio. Em seguida, prenda a platina parafusando os parafusos de titânio da platina até que ela esteja firmemente no lugar.

Em seguida, rosqueie o pedestal na platina do pé. Crie suturas subcutâneas com um fio de sutura não reabsorvível de quatro oh com suturas separadas por três milímetros. Comece longe do pedestal, movendo-se em direção a ele em ambos os lados da incisão.

Em seguida, feche a camada dérmica suturando a pele com fio de sutura não reabsorvível de seis oh. Com suturas de cinco milímetros de distância. Comece longe do pedestal, movendo-se em direção a ele em ambos os lados da incisão.

Tome cuidado para conseguir uma boa aposição tecidual entre os dois retalhos cutâneos e próximo à borda do pedestal para evitar um vazio. Depois de conectar o estágio de cabeça sem fio no animal alcançado segurando o animal ou distraíndo-o alimentando-se com guloseimas, registre os sinais cerebrais acordados. Certifique-se de colocar a antena do amplificador e os alto-falantes externos perto da gaiola do porco enquanto grava os sinais.

A atividade basal sem estímulos sonoros e potenciais evocados auditivos em resposta a uma estimulação de 800 hertz tone burst pode ser mapeada sobre a matriz de eletrodos. O potencial evocado auditivo em um único canal de eletrodo é mostrado ao longo do tempo com setas marcando a resposta on e a atividade basal é mostrada como comparação. Imagens in vivo foram realizadas no intra e pós-operatório para avaliar o estado cerebral e o posicionamento do implante.

A radiografia no plano intraoperatório verificou a colocação do implante, e nenhum dobramento como observado pela colocação do marcador radiopaco. A superfície do cérebro está intacta, como pode ser observado na RM pós-operatória. Em geral, com este implante e sistema de pedestal, é possível obter imagens de todo o cérebro ao longo do período de implantação para ver estruturas anatômicas ou a presença de líquido e sangue ao redor do implante.

Além disso, os eletrodos clínicos são usados como comparadores neste estudo, mas não podem ser imageados na RM devido a preocupações de aquecimento e segurança e requerem exames de TC. O pipeline apresentado permite a extração e secção de todo o cérebro para obter imagens de hemisférios inteiros. As imagens de todo o tecido mostraram uma clara camada de neurônios.

As células são claramente definidas em imagens confocais em 20x e permitem uma investigação fina de marcadores inflamatórios. A caracterização eletroquímica dos dispositivos foi utilizada para extrair o módulo de impedância e fase in vitro, que foi rastreado ao longo do tempo a um quilohertz durante os seis meses de implantação. É fundamental selecionar cuidadosamente a idade e o tamanho do animal para evitar a abertura dos seios da face durante a cirurgia.

Isso comprometeria o experimento crônico. É importante evitar sangramento ao acessar a dura-máter ou inserir os implantes. Isso evitará mais complicações e resposta inflamatória.

Uma vez que este modelo está em vigor, ele pode ser usado para realizar eletrofisiologia de comportamento livre em mini porcos e registrar a atividade de áreas corticais de interesse. Este método pode ser aplicado na coleta de dados de biossegurança para submissão de um ensaio clínico no desenvolvimento de novas neuropróteses que serão traduzidas para humanos.