Носимая электромиографическая измерительная система для мелких животных в режиме реального времени
15 ноября 2024 г.
Представлен протокол установки и подготовки внутримышечных электродов, а также миниатюрное измерительное устройство, устанавливаемое на животных, для анализа электромиографии (ЭМГ) в исследованиях локомоции. Эта система обеспечивает беспроводную передачу данных ЭМГ в режиме реального времени для исследования восстановления локомоции у крыс с моделью инсульта.
Этот метод направлен на измерение ЭМГ у мелких животных без необходимости привязного подключения к измерительному оборудованию. Привязь может ограничивать движения животного и привести к определенным неудобствам. Мы начали с вопроса о том, можем ли мы устранить эти ограничения.
В настоящее время мы разрабатываем и тестируем устройство для электростимуляции мышц и нервов. В отличие от традиционных методов, использующих стимуляцию с разомкнутым контуром для восстановления, наш подход включает в себя обратную связь по замкнутому контуру для мониторинга эффекта в режиме реального времени. Эта интеграция направлена на улучшение терапевтических результатов.
Мы сосредоточены на миниатюризации устройства, чтобы его можно было использовать на живых животных, не ограничивая их движения. В то время как некоторые опытные инженерные команды могут выполнять подобные тесты случайно, командам с чисто научным образованием сложно достичь этого. Наше исследование направлено на использование беспроводной носимой системы, и мы разработали устройство с этой целью.
Одним из ключевых преимуществ является то, что мы миниатюризировали разъемы и само устройство. Такая конструкция помогает снизить нагрузку при проведении измерительных экспериментов, особенно при работе с животными. Наша лаборатория стремится продвинуть исследования в области лечения мелких животных путем разработки системы измерения биосигналов с обратной связью с обратной связью.
Эта система позволяет нам достигать более точных и адаптивных терапевтических результатов, повышая эффективность лечения. Для начала разрежьте проволоку из нержавеющей стали с покрытием из политетрафторэтилена на длину 140 миллиметров и 60 миллиметров. Завяжите три верхних узла на проволоке длиной 140 миллиметров, расположив их под углом 40 и 100 миллиметров относительно узла.
Оставьте зазор в два миллиметра от узла на короткой стороне 140-миллиметровых проводов. Затем с помощью паяльника частично снимите два миллиметра изоляции. С длинной стороны полностью снимите два миллиметра изоляции с торца.
Для 60-миллиметрового провода снимите два миллиметра изоляции с одного конца и 10 миллиметров с другого. После полного снятия изоляции зафиксируйте провод, припаяв его к аксессуару разъема. Соберите металлическую часть, соединенную с проводом, в пластиковый корпус.
Прикрепите разъем к напечатанной на 3D-принтере пластиковой направляющей с отверстиями для крепления к коже животного. Нанесите биосовместимый цианоакрилат, чтобы предотвратить контакт паяемой детали с местом разреза. Отрежьте никелевую пластину толщиной 0,2 миллиметра и согните ее вокруг разъема, чтобы защитить ее, предотвратив потенциальный ущерб от животного.
Для начала с помощью хирургических ножниц сделайте разрез от 5 до 10 миллиметров вокруг поясничной области крысы, находящейся под наркозом, где будет прикреплен соединитель. Затем сделайте разрез примерно от 10 до 15 миллиметров на коже над целевой мышцей и удалите фасцию под кожей, чтобы обнажить мышцу. Используйте стерильный троакар, чтобы создать проход для прохождения проволоки от поясничного разреза к целевому положению мышцы.
После подготовки сборки проволочного электрода и соединителя с помощью троакара зажмите проволочные электроды в поясничном разрезе и осторожно протяните их к целевому разрезу мышцы. С помощью иглы для наложения швов электродная проволока в целевую мышцу. Направьте проволоку, прошедшую через мышцу, обратно к точке ее введения.
Закрепите его верхним узлом и отрежьте оставшуюся проволоку. После закрепления проволочного электрода в целевой мышце зашить место разреза с помощью шовной нити 4/0. Зашить разрез под коннектором, следя за тем, чтобы весь провод был введен в тело и надежно зашить.
Наконец, закрепите соединитель на спинной коже крысы с помощью шовной нити.
Обзор
В данной статье представлен протокол установки и подготовки внутримышечных электродов и миниатюрного измерительного устройства для электромиографического (ЭМГ) анализа. Система обеспечивает беспроводную передачу данных ЭМГ в режиме реального времени, что облегчает изучение восстановления локомоции у крыс с моделью инсульта.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Электрофизиология
- Исследования локомоции
- Нейробиология
Теоретические основы
- Традиционные методы ЭМГ часто требуют использования проводных соединений.
- Наличие проводов может ограничивать движения животных и влиять на результаты исследования.
- Данное исследование направлено на преодоление этих ограничений.
- В настоящее время ведется разработка системы с замкнутым контуром обратной связи для мониторинга в режиме реального времени.
Цель исследования
- Измерение ЭМГ у мелких животных без использования фиксирующих кабелей.
- Улучшение терапевтических результатов за счет обратной связи в режиме реального времени.
- Исследование восстановления локомоторных функций у крыс с моделью инсульта.
Используемые методы
- Установка внутримышечных электродов.
- Подготовка миниатюрного измерительного устройства.
- Беспроводная передача данных ЭМГ.
- Мониторинг восстановления локомоции в режиме реального времени.
Основные результаты
- Успешная установка внутримышечных электродов.
- Эффективная беспроводная передача данных ЭМГ.
- Мониторинг в режиме реального времени подтвердил осуществимость метода.
- Потенциал для улучшения анализа восстановления локомоции.
Выводы
- Разработанная система устраняет недостатки традиционных методов.
- Беспроводное измерение ЭМГ может способствовать более естественному движению животных.
- Обратная связь в режиме реального времени может улучшить терапевтические стратегии.
Часто задаваемые вопросы
Значимость для отрасли
Беспроводное измерение ЭМГ в режиме реального времени на моделях мелких животных устраняет критический барьер в доклинических нейромышечных исследованиях, позволяя проводить поведенческие исследования в неограниченных условиях и получать более физиологически релевантные данные. Эта возможность повышает прогностическую достоверность трансляционных моделей и способствует снижению рисков при механистической валидации нейромышечных мишеней. Миниатюризация системы и интеграция обратной связи с замкнутым контуром делают её многократно используемой платформой для раннего поиска и продвижения по доклиническому конвейеру разработки.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранние этапы поиска и валидация мишени
- Позволяет проводить функциональный анализ нервно-мышечных путей на свободно передвигающихся моделях животных.
- Способствует снижению механистических рисков, предоставляя физиологически релевантные данные ЭМГ в режиме реального времени.
- Облегчает валидацию мишеней за счет адаптивной обратной связи и точного мониторинга ответов мышц и нервов.
Скрининг и разработка анализа
- Подготовка валидированных моделей животных для последующего скрининга соединений и исследований эффективности.
- Стандартизация регистрации сигналов ЭМГ для получения воспроизводимых количественных данных в различных экспериментах.
- Создание масштабируемых беспроводных платформ для анализа с целью проведения высокопроизводительного доклинического скрининга.
Трансляционные и доклинические исследования
- Приводит доклинические модели в соответствие с релевантными для заболевания локомоторными конечными точками для разработки трансляционных биомаркеров.
- Обеспечивает непрерывность процесса от раннего этапа поиска до доклинической валидации, поддерживая адаптивное тестирование терапевтических средств.
- Снижает трансляционный риск за счет фиксации функциональных результатов в режиме реального времени в соответствующих животных системах.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Эта беспроводная система ЭМГ интегрируется в континуум от этапа фундаментальных открытий до доклинических исследований, обеспечивая проверку гипотез, идентификацию перспективных мишеней и трансляционные исследования в рамках разработки методов лечения нервно-мышечных заболеваний и программ реабилитации.
- Биология открытий: обеспечивает получение высокоточных данных ЭМГ для уточнения путей передачи сигналов и проверки гипотез in vivo.
- Скрининг: предоставляет воспроизводимые количественные показатели ЭМГ, подходящие для оценки эффективности соединений.
- Аналитика: позволяет осуществлять мониторинг сигналов в режиме реального времени и статистическое сравнение локомоторных ответов.
- Трансляционные исследования: связывает этап раннего поиска и доклиническую валидацию с помощью функциональных конечных точек, релевантных для заболевания.
- Корпоративное использование: предлагает модульную беспроводную платформу, адаптируемую к различным программам исследований нейромышечной системы.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: Повышает достоверность прогнозов и снижает механистическую неопределенность в исследованиях нервно-мышечной системы.
- Операционная ценность: Улучшает стандартизацию, воспроизводимость и масштабируемость сбора данных ЭМГ.
- Стратегическая ценность: Оптимизирует процесс принятия решений о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) и повышает эффективность использования капитала за счет получения надежных доклинических данных.
- Влияние на портфель: Поддерживает приоритизацию с учетом рисков и продвижение активов в области нейромышечных заболеваний и реабилитации.
Рекомендации по реализации
- Требуется опыт в области хирургической имплантации электродов и работы с беспроводными устройствами.
- Необходим доступ к инфраструктуре сбора и анализа данных в режиме реального времени.
- Требуется межкомандная стандартизация протоколов размещения электродов и обработки сигналов.
- Адаптация для различных моделей животных может потребовать корректировки размеров разъемов и миниатюризации устройств.
- Потенциальные ограничения включают долговечность устройств и толерантность животных, согласно исходным данным.
