Um sistema de medição de eletromiografia vestível em tempo real para pequenos animais
15 de novembro de 2024
Um protocolo é apresentado para a instalação e preparação de eletrodos intramusculares, juntamente com um dispositivo de medição miniaturizado montável em animais para análise de eletromiografia (EMG) em estudos de locomoção. Este sistema permite a transmissão sem fio de dados EMG em tempo real para investigar a recuperação da locomoção em ratos modelo AVC.
Este método busca medir a EMG em pequenos animais sem a necessidade de uma conexão amarrada a equipamentos de medição. A amarração pode restringir o movimento do animal e levar a certas desvantagens. Começamos com a questão de saber se poderíamos resolver essas limitações.
Atualmente, estamos desenvolvendo e testando um dispositivo de estimulação elétrica para o tratamento de músculos e nervos. Ao contrário dos métodos tradicionais que usam estimulação de circuito aberto para recuperação, nossa abordagem incorpora feedback de circuito fechado para monitorar o efeito em tempo real. Essa integração visa potencializar os resultados terapêuticos.
Nosso foco é miniaturizar o dispositivo para que ele possa ser usado em animais vivos sem restringir seus movimentos. Embora algumas equipes de engenharia experientes possam realizar testes semelhantes casualmente, é um desafio para equipes com formação puramente científica conseguir isso. Nosso estudo visa especificamente usar um sistema vestível sem fio e projetamos o dispositivo com esse objetivo em mente.
Uma das principais vantagens é que miniaturizamos os conectores e o próprio dispositivo. Esse design ajuda a reduzir a carga durante os experimentos de medição, especialmente ao trabalhar com animais. Nosso laboratório visa avançar na pesquisa sobre tratamentos de pequenos animais, desenvolvendo um sistema de medição de biossinal com monitoramento de feedback de circuito fechado.
Este sistema permite-nos alcançar resultados terapêuticos mais precisos e adaptativos, aumentando a eficácia dos tratamentos. Para começar, corte um fio de aço inoxidável revestido de politetrafluoretileno em um comprimento de 140 milímetros e 60 milímetros. Amarre três nós em um fio de 140 milímetros de comprimento, colocando-os a 40 e 100 milímetros em relação ao nó.
Deixe uma lacuna de dois milímetros do nó no lado curto dos fios de 140 milímetros. Em seguida, use um ferro de solda para remover parcialmente dois milímetros de isolamento. No lado comprido, retire totalmente dois milímetros de isolamento da extremidade.
Para o fio de 60 milímetros, remova dois milímetros de isolamento de uma extremidade e 10 milímetros da outra extremidade. Depois de remover totalmente o isolamento, fixe o fio soldando-o ao acessório do conector. Monte a parte metálica conectada ao fio na caixa de plástico.
Conecte o conector a uma guia de plástico impressa em 3D com orifícios para prendê-lo à pele do animal. Aplique cianoacrilato biocompatível para evitar que a parte soldada entre em contato com o local da incisão. Corte uma placa de níquel de 0,2 milímetro de espessura e dobre-a ao redor do conector para protegê-lo, evitando possíveis danos causados pelo animal.
Para começar, usando uma tesoura cirúrgica, faça uma incisão de 5 a 10 milímetros ao redor da região lombar do rato anestesiado onde o conector será fixado. Em seguida, faça uma incisão de aproximadamente 10 a 15 milímetros na pele sobre o músculo-alvo e remova a fáscia sob a pele para expor o músculo. Use trocarte estéril para criar uma passagem para o fio passar da incisão lombar para a posição do músculo alvo.
Depois de preparar o eletrodo de fio e o conjunto do conector, use o trocarte para apertar os eletrodos de fio na incisão lombar e puxe-os cuidadosamente até a incisão do músculo alvo. Use uma agulha de sutura para inserir o fio do eletrodo no músculo alvo. Guie o fio que passou pelo músculo de volta ao seu ponto de inserção.
Prenda-o com um nó overhand e corte o fio restante. Depois de prender o eletrodo de arame no músculo alvo, suture o local da incisão usando um fio de sutura 4/0. Suture a incisão sob o conector, garantindo que todo o fio seja inserido no corpo e suturado com segurança.
Por fim, prenda o conector à pele dorsal do rato usando fio de sutura.
Visão Geral
Este artigo apresenta um protocolo para a instalação e preparação de eletrodos intramusculares e um dispositivo de medição miniaturizado para análise de eletromiografia (EMG). O sistema permite a transmissão sem fio de dados EMG em tempo real, facilitando o estudo da recuperação da locomoção em ratos modelo de acidente vascular cerebral.
Componentes Principais do Estudo
Área da Ciência
- Eletrfisiologia
- Estudos de locomoção
- Neurociência
Antecedentes
- Os métodos tradicionais de EMG frequentemente exigem conexões com fio.
- O uso de fios pode limitar o movimento do animal e afetar os resultados do estudo.
- Este estudo tem como objetivo superar essas limitações.
- O desenvolvimento de um sistema de feedback em malha fechada para monitoramento em tempo real está em andamento.
Objetivo do Estudo
- Medir a EMG em animais pequenos sem restrição.
- Aprimorar os resultados terapêuticos por meio de feedback em tempo real.
- Investigar a recuperação da locomoção em ratos modelo de acidente vascular cerebral.
Métodos Utilizados
- Instalação de eletrodos intramusculares.
- Preparação de um dispositivo de medição miniaturizado.
- Transmissão sem fio de dados de EMG.
- Monitoramento em tempo real da recuperação da locomoção.
Resultados Principais
- Instalação bem-sucedida de eletrodos intramusculares.
- Transmissão eficaz de dados de EMG sem fio.
- O monitoramento em tempo real demonstrou viabilidade.
- Potencial para melhoria na análise da recuperação da locomoção.
Conclusões
- O sistema desenvolvido aborda as limitações dos métodos tradicionais.
- A medição wireless de EMG pode aprimorar o movimento animal.
- O feedback em tempo real pode melhorar as estratégias terapêuticas.
Perguntas Frequentes
Relevância Executiva para a Indústria
A medição sem fio e em tempo real de EMG em modelos de animais pequenos resolve um gargalo crítico na pesquisa pré-clínica neuromuscular, permitindo estudos comportamentais irrestritos e a aquisição de dados mais fisiologicamente relevantes. Essa capacidade aumenta a confiança preditiva em modelos translacionais e apoia a redução de riscos mecanicistas na validação de alvos neuromusculares. A miniaturização do sistema e a integração de retroalimentação em malha fechada o posicionam como uma plataforma reutilizável para descobertas iniciais e avanço da linha pré-clínica.
Aplicações Estratégicas em P&D de Biotecnologia Farmacêutica
Descoberta Inicial e Validação de Alvo
- Permite a investigação funcional de vias neuromusculares em modelos animais livremente móveis.
- Apóia a desmistificação mecanicista ao fornecer dados de EMG em tempo real e fisiologicamente relevantes.
- Facilita a validação de alvos por meio de feedback adaptativo e monitoramento preciso das respostas musculares e nervosas.
Triagem e Desenvolvimento de Ensaios
- Prepara modelos animais validados para triagem de compostos e estudos de eficácia posteriores.
- Padroniza a aquisição de sinais de EMG para resultados quantitativos reprodutíveis entre experimentos.
- Permite plataformas de ensaio escalonáveis e sem fio para triagem pré-clínica de alto rendimento.
Pesquisa Translacional e Pré-clínica
- Alinha modelos pré-clínicos com desfechos locomotores relevantes para a doença, visando o desenvolvimento de biomarcadores translacionais.
- Mantém a continuidade desde a descoberta inicial até a validação pré-clínica, apoiando testes terapêuticos adaptativos.
- Reduz o risco translacional ao capturar desfechos funcionais em tempo real em sistemas animais relevantes.
Integração de Pipeline e Fluxo de Trabalho
Este sistema EMG sem fio se integra ao continuum de descoberta a pré-clínico, apoiando testes de hipóteses, identificação de compostos promissores e pesquisas translacionais em pipelines neuromusculares e de reabilitação.
- Biologia da Descoberta: Fornece dados de EMG de alta fidelidade para esclarecimento de vias e testes de hipóteses in vivo.
- Triagem: Gera saídas quantitativas e reprodutíveis de EMG adequadas para avaliação da eficácia de compostos.
- Análises: Permite o monitoramento em tempo real dos sinais e comparação estatística das respostas locomotoras.
- Pesquisa Translacional: Conecta a descoberta inicial e a validação pré-clínica com desfechos funcionais relevantes para a doença.
- Reutilização Empresarial: Oferece uma plataforma modular e sem fio adaptável a diversos programas de pesquisa neuromuscular.
Impacto Operacional e Empresarial
- Valor Científico: Aumenta a confiança preditiva e reduz a ambiguidade mecanicista em estudos neuromusculares.
- Valor Operacional: Aprimora a padronização, reprodutibilidade e escalabilidade da coleta de dados de EMG.
- Valor Estratégico: Melhora a tomada de decisões de avançar/não avançar e a eficiência do capital ao permitir a geração robusta de dados pré-clínicos.
- Impacto no Portfólio: Apoia a priorização e o avanço ajustados ao risco de ativos neuromusculares e de reabilitação.
Considerações de Implementação
- Requer experiência em implante cirúrgico de eletrodos e manuseio de dispositivos sem fio.
- Necessita de acesso à infraestrutura de aquisição e análise de dados em tempo real.
- Exige padronização entre equipes dos protocolos de posicionamento dos eletrodos e de processamento de sinais.
- A adaptação entre modelos animais pode exigir ajustes na miniaturização de conectores e dispositivos.
- As limitações potenciais incluem durabilidade do dispositivo e tolerância do animal, conforme apoiado pela fonte.
