Eksisterende tilgange til konstruktion af kronisk implantable perifere nerve manchet elektroder til brug i små gnavere kræver ofte specialiseret udstyr og / eller højtuddannet personale. I denne protokol demonstrerer vi en enkel, billig tilgang til fremstilling af kronisk implantable manchetlektroder og demonstrerer deres effektivitet for vagus nervestimulation (VNS) hos rotter.
Perifere nerve manchet elektroder har længe været brugt i neurovidenskab og relaterede områder til stimulering af, for eksempel, vagus eller iskiasnervenner. Flere nylige undersøgelser har vist effektiviteten af kronisk VNS i at forbedre centralnervesystemet plasticitet til at forbedre motorisk rehabilitering, udryddelse læring, og sensorisk diskrimination. Konstruktion af kronisk implantable enheder til brug i sådanne undersøgelser er udfordrende på grund af rotter ‘lille størrelse, og typiske protokoller kræver omfattende uddannelse af personale og tidskrævende mikrofabrikation metoder. Alternativt kan kommercielt tilgængelige implantable manchetlektroder købes til en betydeligt højere pris. I denne protokol præsenterer vi en enkel, billig metode til konstruktion af små, kronisk implantable perifere nerve manchet elektroder til brug i rotter. Vi validerer den korte og langsigtede pålidelighed af vores manchetlektroder ved at påvise, at VNS i ketamin/xylazine bedøvede rotter producerer fald i vejrtrækningshastigheden i overensstemmelse med aktivering af Hering-Breuer-refleksen, både på implantationstidspunktet og op til 10 uger efter implantation af udstyret. Vi demonstrerer endvidere egnetheden af manchetlektroderne til brug i kroniske stimulationsundersøgelser ved at parre VNS med faglært løftestangs presseydelse for at fremkalde motorkortikale kortplastighed.
For nylig er efterspørgslen efter kronisk implantable manchetlektroder til stimulering af perifere nerver vokset, da undersøgelser i stigende grad viser den prækliniske nytte af denne teknik til behandling af talrige inflammatoriskesygdomme 1,,2,,3 og neurologiske lidelser4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15. Kronisk VNS, for eksempel, har vist sig at forbedre neocortisk plasticitet i en række forskellige læringssammenhænge, forbedre motor rehabilitering4,,5,,6,7,,8, udryddelselæring 10,11,12,13,14, og sensorisk diskrimination15. Kommercielt tilgængelige perifere nerve manchet elektroder er ofte forbundet med længere tider for ordreopfyldelse og relativt høje omkostninger, som kan begrænse deres tilgængelighed. Alternativt, protokoller for “in-house” fremstilling af kronisk implantable manchetlektroder fortsat begrænset, og gnaver anatomi præsenterer særlige udfordringer på grund af deres lille størrelse. Nuværende protokoller til konstruktion af manchetlektroder til kroniske gnavere eksperimenter kræver ofte brug af komplekse udstyr og teknikker, samt ekstensivt uddannet personale. I denne protokol demonstrerer vi en forenklet tilgang til manchetelektrodefabrikation baseret på tidligere offentliggjorte og udbredte metoder16,17. Vi validerer funktionaliteten af vores kronisk implanterede elektroder hos rotter ved at påvise, at på tidspunktet for manchetimplantatation omkring venstre cervikale vagusnerven, stimulation anvendes på manchetlektroder med succes produceret et ophør af vejrtrækning og fald i SpO2. Stimulering af afferente lungereceptor vagusfibre er kendt for at engagere Hering-Breuer refleks, hvor hæmning af flere respiratoriske kerner i hjernestammen resulterer i undertrykkelse inspiration18. Således ophør af vejrtrækning i overensstemmelse med Hering-Breuer refleks, og den deraf følgende fald i SpO2, giver en enkel test for korrekt elektrode implantation og manchet funktion i bedøvet rotter. For at validere den langsigtede funktionalitet af kronisk implanterede manchetlektroder blev refleksresponser målt på implantationstidstidstidstidserne og sammenlignet med de responser, der blev opnået hos de samme dyr seks uger efter implantationen. En anden gruppe rotter blev implanteret med VNS manchetlektroder efter adfærdstræning på en løftestang presserende opgave. I disse rotter, VNS parret med korrekt opgave ydeevne produceret reorganisering af kortikale motor kort, i overensstemmelse med tidligere offentliggjorteundersøgelser 19,20,21,22. På tidspunktet for motorkortikisk kortlægning under anæstesi, som fandt sted 5-10 uger efter enhed implantation, vi yderligere valideret manchet funktion i VNS-behandlede dyr ved at bekræfte, at VNS held induceret et ophør af vejrtrækning og en større end 5% fald i SpO2.
De nyligt offentliggjorte protokoller fra Childs et al.17 og Rios et al.16 giver et velvalideret udgangspunkt for en forenklet manchetelektrodefabrikationsmetode, da denne populære metode er blevet udnyttet af flere laboratorier, der gennemfører kroniske VNS-studier hos gnavere1,2,3,4,,5, 6,7,,88,9,10,11. Den oprindelige metode indebærer flere højpræcisionstrin til at manipulere de fine mikrowirer, således at manchetlektrodefabrikation tager over en time at gennemføre, og omfattende træning til at udføre pålideligt. Den forenklede tilgang, der er beskrevet her, kræver betydeligt færre materialer og værktøjer og kan gennemføres på under en time af minimalt uddannet personale.
Her beskriver vi en enkel, billig tilgang til samling af kronisk implantable stimulerende manchetlektroder til brug i gnavere, lette prækliniske undersøgelser af denne nye behandling. Denne forenklede metode kræver ingen specialiseret uddannelse eller udstyr, og bruger et lille antal værktøjer og forsyninger, der er let tilgængelige for de fleste forskningslaboratorier, hvilket reducerer både de monetære og lønomkostninger enhed fremstilling i forhold til andretilgange 16,<sup …
The authors have nothing to disclose.
Dette arbejde blev finansieret af University of Texas i Dallas og UT Board of Regents. Vi takker Solomon Golding, Bilaal Hassan, Marghi Jani og Ching-Tzu Tseng for teknisk assistance.
Biocompatible polyurethane-based polymer tubing, 0.080" OD x 0.040" ID | Braintree Scientific | MRE080 36 FT | |
Dissecting microscope | AM Scopes | #SM-6T-FRL | |
Fine Serrated Scissors, straight, 22mm cutting edge | Fine Science Tools | #14058-09 | for cutting Pt/Ir wire and suture thread |
Forceps, #5 Dumont forceps, straight, 11 cm, 0.1 x 0.06 mm tip | Fine Science Tools | #11626-11 | |
Forceps, ceramic tipped forceps, 0.3 mm x 30 mm tips | Electron Microscopy Sciences | #78127-71 | |
Gold Pins, PCB Press Fit Socket | Mill-Max | #1001-0-15-15-30-27-04-0 | or similar small pins for connecting cuff leads to headcap |
Isobutane lighter | BIC | #LCP21-AST | for de-insulating Pt/Ir wire |
Micro strip connector with latch, 4-pin | Omnetics | A24002-004 / PS1-04-SS-LT | |
Pipette tip, 10 uL | VWR | 89079-464 | |
Platinum-Iridium (90/10%) Wire, 0.001" (diameter) x 9 strands, PTFE insulated | Sigmund Cohn | 10IR9/49T | |
Razor Blade, Single Edge, Surgical Carbon Steel No.9 | VWR | #55411-050 | for cutting MicroRenathane tubing |
Sewing needle, ca. 4.0 cm length x 0.7 mm diameter (size 6-7) | Singer | 00276 | Smaller needle for threading Pt/Ir wire |
Sewing needle, ca. 4.5 cm length x 0.8 mm diameter (size 2-3) | Singer | 00276 | Larger needle for pinning cuff during assembly and for threading suture |
Small foam board | Juvo+/Amazon | B07C9637SJ | for fabrication platform; our dimensions are ca. 2.5" x 3.5" x 1" (L x W x H) |
Solder, multicore lead-free, 0.38mm diameter | Loctite/Multicore | #796037 | |
Soldering station | Weller | WES51 | or similar soldering iron compatible with long conical tips (this part has been discontinued) |
Soldering tip, long conical, 0.01" / 0.4 mm | Weller | 1UNF8 | |
Suture, nonabsorbable braided silk ,size 6/0 | Fine Science tools | #18020-60 | |
UV (405 nm) spot light | Henkel/Loctite | #2182207 | |
UV Light Cure Adhesive 25 ml | Henkel/Loctite | AA 3106 | or similar biocompatible UV cure adhesive |
Wire wrapping wire, 30 AWG | Digikey | K396-ND |