Имплантация оптоэлектронных устройств в спинной мозг грызунов
12 июля 2024 г.
В этом протоколе подробно описывается хирургическая процедура для проведения операций на спинном мозге, а также для имплантации и закрепления оптического хвостовика над спинным мозгом у грызунов.
Мы внедряем инновационную и простую в исполнении методологию имплантации и закрепления нейронных зондов в спинном мозге грызунов. Протокол имплантации предназначен для нейронных зондов, требующих прямого контакта со спинным мозгом, и может быть адаптирован для зондов, не требующих прямого контакта. Последние достижения в области гибкой биоэлектроники значительно улучшили имплантируемые нейромодулирующие устройства.
В то время как эти устройства широко используются в исследованиях мозга, существуют ограниченные сообщения об их применении в нежных и подвижных тканях спинного мозга. Кроме того, шейный отдел позвоночника особенно глубокий по сравнению с остальной частью позвоночника, что еще больше усложняет надежность зонда. Протоколы, изложенные в этой статье, позволяют исследователям, не имеющим опыта в хирургии, исследовать сложные схемы спинного мозга.
В частности, внедрение полностью имплантируемых оптоэлектронных устройств может открыть вопросы, связанные со схемами и функциями спинного мозга.
Обзор
В данной статье описывается хирургическая процедура операции на спинном мозге грызунов, с основным вниманием к имплантации и фиксации оптоэлектронных нейронных зондов. Метод разработан для исследователей, не имеющих предварительного хирургического опыта, и облегчает изучение нейронных связей спинного мозга.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Нейрохирургия
- Нейроинженерия
- Исследование спинного мозга
Теоретическая часть
- Последние достижения в области гибкой биоэлектроники позволили усовершенствовать имплантируемые устройства.
- Применение нейронных зондов в спинном мозге изучено меньше по сравнению с исследованиями головного мозга.
- Глубина залегания шейного отдела позвоночника затрудняет надежную фиксацию зонда.
- Данная методика позволяет исследователям изучать нейронные связи спинного мозга.
Цель исследования
- Предоставить подробный протокол имплантации нейронных зондов в спинной мозг.
- Обеспечить возможность исследования функций и нейронных цепей спинного мозга.
- Облегчить проведение исследований даже для ученых с ограниченным хирургическим опытом.
Используемые методы
- Методика включает проведение операции на спинном мозге грызунов, находящихся под воздействием анестезии.
- Нейронные зонды имплантируют с помощью методов латеральной или медиальной ламинэктомии.
- Критически важные этапы включают фиксацию крысы, выполнение разрезов и правильное размещение зондов.
- В ходе послеоперационного анализа оценивали двигательную функцию для подтверждения стабильности зондов.
Основные результаты
- К 7-му дню не выявлено значимых различий в функциях передних и задних конечностей между группами с имплантатами устройств и ложнооперированной группой.
- Данная процедура обеспечивает надежную имплантацию зондов, что способствует эффективному получению данных для изучения спинальных механизмов.
- Сохранение двигательной функции подтверждает возможность имплантации устройств для проведения исследований спинного мозга.
Выводы
- В данном исследовании представлен подробный хирургический протокол имплантации зондов в спинной мозг.
- Он позволяет изучать нейрональные механизмы спинного мозга, не требуя высокого уровня хирургической подготовки.
- Данная методология имеет большое значение для развития исследований спинного мозга.
Часто задаваемые вопросы
Значимость для промышленности
Имплантация оптоэлектронных устройств в спинной мозг грызунов позволяет проводить точные исследования нейромодуляции в анатомической области, которая ранее представляла значительную сложность. Эта возможность расширяет трансляционный инструментарий для изучения спинальных цепей, поддерживая валидацию мишеней на ранних этапах и снижение механистических рисков при разработке методов нейротерапии. Воспроизводимость и адаптивность данного протокола делают его базовым рабочим процессом для доклинической оценки устройств и терапевтических воздействий.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Первичное открытие и валидация мишени
- Обеспечивает возможность прямого функционального анализа цепей спинного мозга для валидации мишени.
- Поддерживает снижение механистических рисков за счет возможности контролируемой нейромодуляции in vivo.
- Способствует проведению исследований функций спинного мозга и эффектов вмешательства на основе выдвинутых гипотез.
Скрининг и разработка анализа
- Предоставляет стандартизированный хирургический протокол для воспроизводимого размещения устройства.
- Обеспечивает согласованное анатомическое нацеливание для количественного анализа поведенческих показателей.
- Позволяет подготовить валидированные модели животных для последующего скрининга нейромодуляции.
Трансляционные и доклинические исследования
- Позволяет оценить безопасность устройства и его функциональное воздействие в системах, релевантных для изучения заболевания.
- Обеспечивает преемственность этапов от первоначального открытия до доклинической валидации нейромодулирующих вмешательств.
- Позволяет принимать решения о дальнейшем продвижении проекта с учетом рисков на основе количественных показателей двигательной функции.
Интеграция конвейера и рабочих процессов
Данный протокол интегрируется в континуум от фундаментальных открытий до доклинических исследований, обеспечивая надежное тестирование нейромодулирующих устройств и вмешательств, направленных на спинной мозг, in vivo.
- Фундаментальная биология: способствует проверке гипотез и уточнению путей в спинальных цепях.
- Скрининг: обеспечивает воспроизводимые количественные показатели поведения для сравнительного анализа.
- Аналитика: предоставляет показатели двигательной функции в качестве объективных зависимых переменных для статистической оценки.
- Трансляционные исследования: соответствует требованиям к доклинической оценке безопасности и эффективности.
- Корпоративное повторное использование: предлагает многократно используемую хирургическую и аналитическую базу для исследований различных устройств и методов вмешательства.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: повышает прогностическую достоверность валидации спинальных мишеней и механистических исследований.
- Операционная ценность: стандартизирует имплантацию и оценку, улучшая воспроизводимость и масштабируемость.
- Стратегическая ценность: обосновывает решения о продолжении или прекращении разработки (go/no-go), предоставляя ранние данные о функциональной безопасности и эффективности.
- Влияние на портфель: позволяет осуществлять приоритизацию активов для нейромодуляции спинного мозга с учетом рисков.
Особенности реализации
- Требуется хирургический опыт проведения процедур на спинном мозге грызунов и идентификации анатомических ориентиров.
- Необходим доступ к стереотаксическим рамам, хирургическим инструментам и оптоэлектронным устройствам.
- Требуется стандартизация между исследовательскими группами для обеспечения согласованности поведенческих и функциональных оценок.
- Метод adaptable к различным конструкциям устройств, включая те, которые не требуют прямого контакта со спинным мозгом.
- Технические сложности включают минимизацию травмирования тканей и обеспечение надежной фиксации устройства.
