Yöntem makalesi

Uyanık Sıçanlarda Abdominal Vagus Sinir Stimülasyonu ve Kayıt Çalışmaları için İmplantasyon Cerrahisi

3.8K görüntülenme

⸱

DOI:

10.3791/65896

⸱

19 Ocak 2024

 ,  , 
1Bionics Institute, 2Medical Bionics Department, University of Melbourne, 3Department of Otolaryngology, University of Melbourne

Bu makalede

Özet

Mevcut protokol, sıçanlarda abdominal vagus sinirine bir elektrot dizisi implante etmek için cerrahi tekniği ve implante edilen cihazı kullanarak kronik elektrofizyoloji testi ve stimülasyon yöntemlerini açıklamaktadır.

Özet

Abdominal vagus sinir stimülasyonu (VNS), sıçanların vagus sinirinin subdiyafragmatik dalına uygulanabilir. Anatomik yerleşimi nedeniyle, servikal VNS ile yaygın olarak ilişkili herhangi bir solunum ve kardiyak hedef dışı etkisi yoktur. Solunum ve kardiyak hedef dışı etkilerin olmaması, servikal VNS sırasında yaygın olarak görülen yan etkileri azaltmak için stimülasyon yoğunluğunun azaltılmasına gerek olmadığı anlamına gelir. Son zamanlarda yapılan birkaç çalışma, inflamatuar bağırsak hastalığı, romatoid artrit sıçan modellerinde abdominal VNS'nin anti-inflamatuar etkilerini ve tip 2 diyabetli bir sıçan modelinde glisemi azalmasını göstermektedir. Sıçan, vagus sinirinin köklü anatomisi, kolay kullanım sağlayan sinirin büyük boyutu ve birçok hastalık modelinin mevcudiyeti nedeniyle bu teknolojinin potansiyelini keşfetmek için harika bir modeldir. Burada, sıçanlarda abdominal VNS elektrot dizisini ve cerrahi protokolü temizleme ve sterilize etme yöntemlerini açıklıyoruz. Ayrıca, uyarılmış bileşik aksiyon potansiyellerini kaydederek eşik üstü stimülasyonun doğrulanması için gerekli teknolojiyi de açıklıyoruz. Abdominal VNS, enflamatuar hastalıklar da dahil olmak üzere çeşitli durumlar için seçici, etkili tedavi sunma potansiyeline sahiptir ve uygulamanın servikal VNS'ye benzer şekilde genişlemesi beklenmektedir.

Giriş

Boyundaki servikal bölgede verilen vagus sinir stimülasyonu (VNS), refrakter epilepsi, refrakter depresyon ve iskemik inme sonrası rehabilitasyon için Amerika Birleşik Devletleri Gıda ve İlaç Dairesi (FDA) onaylı tedavidir1 ve Avrupa'da kalp yetmezliği için Avrupa Komisyonu onaylıdır2. Non-invaziv servikal VNS, migren ve baş ağrısı için FDA onaylıdır1. Crohn hastalığı3, romatoid artrit 4,5 ve bozulmuş glukoz toleransı ve tip 2 diyabet 6,7 gibi diğer endikasyonlarda VNS'nin etkinliğini gösteren son klinik çalışmalarla uygulamasının genişlemesi beklenmektedir. Umut verici olmasına rağmen, servikal VNS, akciğerleri ve kalbi innerve eden sinir liflerinin hedef dışı aktivasyonu nedeniyle bradikardi ve apneye neden olabilir 8,9,10. Servikal VNS11,12 alan hastalarda öksürük, ağrı, ses değişikliği, baş ağrısı ve apne-hipopne indeksinde artış gibi yan etkiler yaygın olarak bildirilmektedir. Stimülasyon gücündeki azalma, bu yan etkileri azaltmak için yaygın bir stratejidir, ancak azaltılmış şarj, terapötik lifleri aktive etmede başarısız olarak VNS tedavisinin etkinliğini sınırlayabilir11. Bu hipotezi desteklemek için, epilepsi tedavisi için yüksek yoğunluklu stimülasyon alan hastaların yanıt verme oranı, düşük yoğunluklu stimülasyon alan hastalara göre daha yüksekti13.

Abdominal VNS, subdiyafragmatik vagus siniri üzerine, hepatik ve çölyak dallarının14 üzerine uygulanır (Şekil 1). Önceki çalışmamız, sıçanlarda abdominal VNS'nin servikal VNS10 ile ilişkili kardiyak veya solunumsal yan etkilere neden olmadığını göstermiştir. Daha önceki çalışmalar ayrıca, inflamatuar bağırsak hastalığı ve romatoid artrit10,15 sıçan modelinde abdominal VNS'nin anti-enflamatuar etkilerini ve ayrıca tip 2 diyabetli bir sıçan modelinde glisemide azalmayıgöstermektedir 16. Son zamanlarda, abdominal VNS teknolojisi, inflamatuar bağırsak hastalığının (NCT05469607) tedavisi için insanlarda ilk kez yapılan bir klinik çalışma için tercüme edilmiştir.

Abdominal vagus sinirine stimülasyon sağlamak için kullanılan periferik sinir elektrot dizisi (WO201909502017) sıçanlarda kullanılmak üzere özel olarak geliştirilmiştir ve tıbbi sınıf bir silikon elastomer manşet, diziyi yemek borusuna sabitlemek için bir dikiş tırnağı, bir kurşun tel ve lomber bölgeye monte edilecek bir perkütan konektör ile desteklenen, 4.7 mm aralıklarla yerleştirilmiş iki ila üç platin elektrot çiftinden oluşur (Şekil 2). Kurşun tel, hayvanın sol tarafında derinin altına tünel açılır. Çoklu elektrot çifti tasarımı, sinirin elektriksel stimülasyonunun yanı sıra, implantın sinire doğru yerleştirildiğini ve eşik üstü stimülasyon yoğunluklarını doğrulayan elektriksel olarak uyarılmış bileşik aksiyon potansiyellerinin (ECAP'ler) kaydedilmesine izin verir. Abdominal VNS,serbest hareket eden sıçanlarda 10,15,16 aylar boyunca iyi tolere edilir. Bu, hastalık modelleri üzerindeki etkinliğinin değerlendirilmesine izin verir.

Bu yazıda, çeşitli hastalık modellerinde abdominal VNS'nin etkinliğini incelemek için uyanık sıçanlarda elektrot dizisi sterilizasyonu, abdominal vagus siniri implantasyon cerrahisi ve ECAP'lerin kronik stimülasyonu ve kaydedilmesi yöntemleri açıklanmaktadır. Bu yöntemler başlangıçta inflamatuar barsak hastalığının sıçan modelinde abdominal VNS'nin etkinliğini incelemek için geliştirilmiştir10 ve ayrıca romatoid artrit15 ve diyabet16'nın sıçan modeli için başarıyla kullanılmıştır.

Protokol

Hayvanlarla ilgili tüm prosedürler, St. Vincent's Hastanesi (Melbourne) Hayvan Etik Komitesi tarafından onaylandı ve Avustralya Bilimsel Amaçlı Hayvanların Bakımı ve Kullanımı Yasası (Avustralya Ulusal Sağlık ve Tıbbi Araştırma Konseyi) ve Hayvanlara Zulmü Önleme (1986) Yasası'na uydu. Bu çalışma için toplamda 24 dişi Dark Agouti sıçanı (8-9 haftalık) kullanıldı. Deney grupları şunlardan oluşuyordu: kollajen enjeksiyonu veya VNS implantı almayan normal bir kohort (n = 8); implant ve kollajen enjeksiyonu (elektrofizyolojik testler yapılmamış) alan uyarılmamış bir hastalık kohortu (n = 8); ve implant, kollajen enjeksiyonu, elektrofizyolojik testler ve VNS tedavisi alan uyarılmış bir hastalık kohortu (n = 8). İmplantasyon cerrahisi kollajen enjeksiyonundan 5 gün önce gerçekleşti ve VNS tedavisi alışkanlığı kollajen enjeksiyonundan 4 gün sonra başladı ve 7 gün içinde gerçekleşti. VNS tedavisi, kollajen enjeksiyonunutakiben 11-17. gün (dahil) arasında uygulandı 15. Uyarılmış hastalık kohortu için, anestezi altında implantasyon ameliyatından hemen sonra, kollajen enjeksiyonu gününde, kollajen enjeksiyonundan 10 gün sonra ve terminasyon gününde (kollajen enjeksiyonundan 17 gün sonra) elektrofizyolojik testler yapıldı.

1. Elektrot dizisinin sonikasyonu ve sterilizasyonu

  1. Ultrasonik temizleyiciyi 80 kHz frekansına ayarlayın ve ultrasonik tankı musluk suyuyla doldurun. Elektrot dizisini temizleme solüsyonuna temiz bir plastik kaba daldırın ve ultrasonik tanka yerleştirin.
    NOT: Her adım için kullanılacak temizleme solüsyonu ve sonikasyon süresi Tablo 1'de özetlenmiştir. Her adım için temiz bir kap kullanın.
  2. Sonikasyonlu elektrot dizisini, damıtılmış suda% 0.5 sıvı temizleme çözeltisi ile sonikleştirilmiş ve damıtılmış suda durulanmış temiz forseps kullanarak bir sterilizasyon torbasına yerleştirin. Elektrot dizisini maksimum 130 °C sıcaklıkta 45 dakika otoklavlayın ve temiz bir tezgahta kurumaya bırakın.

2. Abdominal vagus sinirine elektrot dizisinin implantasyonu

NOT: Bu çalışmada dişi koyu renkli aguti sıçanları (8-9 haftalık) kullandık15. Bu protokolü, yetişkin erkek Sprague-Dawley sıçanlarını (10-14 haftalık) kronik olarak implante etmek için de başarıyla kullandık10,16. Ameliyat aseptik koşullar altında gerçekleştirilir ve tüm aletler, elektrot dizisi ve gazlı bez ve pamuk uçları gibi sarf malzemeleri otoklavlama ile sterilize edilir.

  1. Sıçanı bir indüksiyon odasında% 3 izofluran ve 1 L / dak oksijen kullanarak uyuşturun. Ayak parmağını sıkıştırmak için pedal refleksi olmadığında, fareyi ameliyat masasında bir termostat ile ısı matına taşıyın ve burnun üzerine bir izofluran maskesi yerleştirin.
  2. Ameliyat boyunca solunum hızını ve rektal sıcaklığı izleyin ve solunum hızını dakikada 40 ila 62 nefes arasında tutmak için izofluran seviyesini %1,5 ila %2,5 arasında ayarlayın. Rektal sıcaklık aralığını 35.9 - 37.5 °C arasında tutmak için gerekirse ısı matı ayarını yapın.
  3. Ameliyata başlamadan önce 25G iğneli (karprofen 5 mg/kg ve buprenorfin 0.03 mg/kg deri altı) 1 mL şırınga kullanarak analjezi ilaç öncesi deri altına uygulayın.
  4. Ksifoid süreçten göğüs kafesinin sonuna kadar ventral orta hat boyunca uzanan alan, dorsal orta hat boyunca sırtın bel yönü ve vücudun sol tarafı dahil olmak üzere insizyon bölgesinin etrafını cömertçe tıraş edin dizinin deri altı tünellenmesine izin vermek için ön ayak ile arka bacak arasında.
  5. Cerrahi bölgeleri dönüşümlü olarak betadin ve alkol turları ile üç kez dairesel hareketlerle temizleyin ve hayvanın üzerine cerrahi bir örtü yerleştirin. Bupivakaini (1-2 mg / kg) dorsal ve ventral insizyon bölgelerinde 25G iğneli 1 mL'lik bir şırınga kullanarak deri altından uygulayın.
  6. Hayvanı ventral yaslanacak şekilde yerleştirin ve perkütan kaidenin bir neşter bıçağı kullanılarak sabitleneceği sırtta 2 cm uzunluğunda bir kesi yapın.
  7. Sıçanı dorsal yaslanmaya çevirin ve bir neşter bıçağı kullanarak ksifoid işleminin hemen altındaki orta hat boyunca cilt üzerinde 3 cm'lik bir kesi yapın. Cildi insizyon bölgesinin yakınında tutun ve diseksiyon makası kullanarak cilt tabakasını insizyonun etrafındaki kas tabakasından künt olarak inceleyin.
  8. Dizinin kaideden implantasyon bölgesine deri altı tünellenmesine izin vermek için, hayvanı sağ tarafına yerleştirin, ventral insizyondan bir hemostat yerleştirin ve dorsal insizyon bölgesine doğru künt diseksiyon yapın. Bir iğne kapağının kenarını kesin ve taşıma sırasında korumak için elektrot dizisini yerleştirin (Şekil 1B). Ellerinizi kullanarak (steril eldiven giyin), elektrot dizisini derinin altında ventral insizyona doğru tünelleyin.
  9. Yemek borusuna ve vagus sinirine erişmek için, hayvanı tekrar sırt yaslığına yatırın. Ksifoid sürecinin altındaki orta hat boyunca kas tabakasında, karaciğerin tüm uzunluğunu ortaya çıkaracak kadar büyük 3 cm'lik bir kesi yapın. Bu adımda karaciğere zarar vermekten kaçının.
  10. Ana ventral insizyona lateral olarak (hayvanın sol tarafı) kas tabakasında daha küçük bir kesi (1 cm'den az) yapın. Diziyi karın boşluğuna yerleştirmek için adım 2.8'de kullanılan iğne kapağını kullanarak elektrot dizisini bu küçük kesiden tünelleyin.
    NOT: Bu adım, ana kesi bölgesine uygulanan gerginliği azaltır ve dikişlerin patlama riskini azaltır.
  11. Karın boşluğunu açık tutmak için cilt ve kas katmanlarını geri çekin. Dokuyu tutmak için steril tuzlu suya batırılmış pamuklu uçlar ve gazlı bez kullanarak dokuları nemli tuttuğunuzdan emin olun.
  12. Vannas makası kullanarak etrafındaki bağ dokusunu keserek ve koruma için tuzlu suya batırılmış küçük bir gazlı bez parçasının üzerine bir ekartör yerleştirerek karaciğeri nazikçe geri çekin. Yemek borusu ile mide arasına bir ekartör yerleştirerek yemek borusunun ve üstteki vagus sinirinin düzleşmesine izin vermek için mideyi nazikçe geri çekin.
    NOT: Ekartörler, oltaların sivri ucunun yuvarlanmasıyla yapılır.
  13. Özofagusun ventral yüzeyinin açığa çıkmasını takiben, abdominal vagus sinirini ve hepatik sinir, çölyak siniri ve iki mide dalı dahil olmak üzere alt dallarını tanımlayın (Şekil 1D).
  14. Abdominal vagus sinirini yemek borusuna sabitleyen bağ dokusunu ince forseps ve Vannas makası kullanarak kesin ve sinirin uzunluğunu hepatik ve çölyak dallarının hemen üstünden diyaframa doğru inceleyin. Siniri yırtmadığınızdan, germediğinizden veya sıkıştırmadığınızdan emin olun. Diziye uyacak şekilde sinirin yeterli uzunluğunun bağ dokusundan ayrıldığını doğrulamak için sinirin yanına bir elektrot dizisi yerleştirin.
  15. Sinirin etrafındaki bağ dokusu temizlendikten sonra, dizi manşetinin elektrot tarafındaki ipek dikişleri (7-0) sinirin altından geçirin. Dizinin manşetini açın ve siniri dikkatlice dizi kanalına yerleştirin.
  16. Sinirin tüm uzunluğunun dizi kanalının içine oturduğundan emin olun. Sinirin kanaldan kaymamasını sağlamak için manşeti güvenli bir şekilde kapatmak için manşetin etrafındaki dikişleri birbirine bağlayın. Dikişleri kesin.
  17. 7-0 ipek sütür kullanarak, diziyi yerine sabitlemek ve bükülmesini önlemek için dizinin tırnağını yemek borusuna dikin. Vagus sinirinin diğer dallarına zarar vermekten veya yemek borusu düz kasına çok derin iğne sokmaktan kaçının.
  18. Ekartörleri nazikçe çıkarın ve tüm gazlı bezlerin karın boşluğundan çıkarıldığından emin olun. Karın boşluğuna 1 mL'lik bir şırınga kullanarak 1-2 mL ılık steril salin uygulayın ve karaciğeri doğru pozisyona getirin.
  19. Kas tabakasını basit koşu dikiş tekniğini kullanarak 3-0 ipek sütür ile kapatın, her iki ucundan en az 3 atışla güvenli kare düğümler yapın. Ksifoid sürecinin fıtık / çıkıntı gibi komplikasyonları önlemek için boşluk birbirine yakın (yaklaşık 3 mm aralıkla) dikişler.
  20. Doku yapışma olasılığını azaltmak için kas tabakasının kesisi ile birlikte periton kesisini kapatmak için dikiş kullanın.
  21. Emilebilir bir dikiş materyali (Vicryl 4-0) kullanarak cilt kesisini kapatın. Hayvanın dikişi çıkarmasını önlemek için çalışan gömülü dikey şilte sütürü veya çalışan gömülü dermal sütür gibi gömülü bir dikiş tekniği kullanın.
  22. Hayvanı ventral yaslanmaya çevirin ve makas kullanarak dorsal insizyonu 4-5 cm'ye kadar uzatın ve perkütan konektörün konektör tabanının kas tabakası üzerinde düz oturabilmesi için kas ve deri tabakası arasında daha fazla künt diseksiyon yapın.
  23. İpek 3-0 sütür kullanarak, alttaki kas tabakasına sabitlemek için konektör tabanının etrafına 6 ila 8 basit kesintili dikiş atın. Cilt kesisini ipek 3-0 dikiş ile yatay yatak dikiş tekniğini kullanarak kapatın ve en az 3 atışla kare düğümlerin güvenli olmasını sağlayın.
    NOT: Bu adımda örgülü ipek sütürler, monofilament sütürlere kıyasla kullanım kolaylığı ve daha güvenli düğümler oluşturma kapasiteleri nedeniyle tercih edilir.
  24. Ameliyatın bitiminde Hartmann solüsyonunu deri altına uygulayın (1 mL / 100 g / s). İzofluranı kapatın ve oksijenle (1,5 L/dak) çalışırken hayvanın bir ısı matı üzerinde iyileşmesine izin verin. Sıçan bilinçli ve tamamen hareketli olduğunda, anesteziden tamamen kurtulana kadar sıçanı bir ısı yastığına yerleştirilmiş ev kafesine geri koyun.
  25. Hayvanın izoflurandan iyileşmesini yakından gözlemleyin ve hayvanın yiyecek ve içeceklere erişebildiğinden emin olun. Önümüzdeki iki gün içinde, ağrıyı hafifletmek için deri altı cerrahi sonrası analjezi (günlük 5 mg / kg) uygulayın. Hayvanı günde en az 2 kez izleyin ve dışkılama kanıtı, kürk kalitesi, aktivite seviyesi ve cerrahi yaralardan herhangi bir şişlik veya akıntı olup olmadığını kontrol edin.
  26. Hayvanın ağırlığını kaydedin ve nadir durumlarda hayvan% 10 veya daha fazlasını kaybederse, yoğun tedaviye başlayın. Yoğun tedavi, her gün sıvıların (Hartmann solüsyonu, 2x 10 mL) deri altından verilmesini, taze sebzeler ve diyet jeli takviyesi gibi ek yiyeceklerin sağlanmasını ve kafesin yarısının ekstra sıcaklık için termostatlı bir ısı yastığına yerleştirilmesini içerir. Hayvan iyileşene kadar izleme sıklığını artırın. Gerekirse Grimace ölçeğine göre analjezi (carprofen 5 mg / kg, SQ, günlük) uygulamasına devam edin.

3. Elektrofizyolojik testler

NOT: Uyarılmış bileşik aksiyon potansiyellerinin (ECAP'ler) kaydedilmesi, elektrot dizisinin vagus siniri üzerine uygun şekilde yerleştirildiğini doğrular. Ek olarak, yukarıda açıklanan elektrot dizisi kullanılarak ECAP'lerin kaydedilmesi, vagal C-liflerinin ve eşik üstü VNS10,15'in elektriksel aktivasyonunun olası onayını sağlar.

  1. ECAP'leri kaydetmeden önce bütünlüklerini değerlendirmek ve kablolarda açık veya kısa devreleri tespit etmek için elektrotların ortak toprak empedansını ölçün. Abdominal vagus sinir elektrotlarının in vivo olarak çalışan empedans değerleri 4 - 20 kΩ arasında olmalıdır.
  2. Hayvanları anestezi altındayken, yani ameliyattan hemen sonra veya uyanıkken ve serbestçe hareket ederken test edin. Cerrahi cilt yaralarının iyileşmesini ve stabilize olmasını sağlamak için ameliyattan en az 2-3 gün sonra uyanık test yapın. Malzeme Tablosunda listelendiği gibi özel yapım bir stimülatör, bir veri toplama cihazı, izole bir diferansiyel amplifikatör ve bir veri toplama ve analiz yazılımı içeren empedans ve elektrofizyolojik testler için gerekli ekipmanı toplayın.
  3. Gerekirse hayvanı bir havluya sarın, arka perkütan konektöre bir kablo bağlayın ve kablonun diğer ucunu bir stimülatöre bağlayın. Elektrotların ortak toprak empedansını test etmek için, ilgilenilen elektrot ile dizideki diğer tüm elektrotlar arasına bifazik akım darbeleri (faz başına 100 μs ve 107 μA akım) uygulayın.
  4. Voltaj dalga formunun (Vtoplamı) ilk fazının sonundaki tepe voltajını ölçün ve Ohm yasasını (Z = voltaj/akım) kullanarak toplam empedansı (Ztoplamı) hesaplayın.
  5. Stimülatöre bir çift elektrot ve kayıt ekipmanına bir çift elektrot bağlayın ve ECAP'lerin diferansiyel kaydı için bir referans olarak deri altına yerleştirilen VNS implantının referans elektrotunu kullanarak ECAP'ler oluşturmak için bipolar stimülasyon uygulayın. Veri toplama ve analiz yazılımını kullanarak toplam 50 tekrardan ortalaması alınan iki set kayıt yapın.
  6. Ölçümler için aşağıdaki ayarları kullanın.
    Akımlar: 0,1 mA'lık artışlarla 0 ila 2 mA;
    Darbe genişliği: 25 - 200 μs;
    Fazlar arası boşluk: 8 - 50 μs;
    Stimülasyon oranı: 10 - 30 darbe/sn;
    Örnekleme hızı: 100 kHz;
    Filtre: Yüksek geçiş 200 Hz, alçak geçiş 2000 Hz, voltaj kazancı 1 x 102.
  7. Veri analiz yazılımını kullanarak, analiz penceresindeki dalga formlarının tepeden tepeye voltajını ölçerek ECAP yanıtını analiz edin (uyaran sonrası 4 - 10 ms, Şekil 3A,B'de gölgeleme ile gösterilir). ECAP eşiği, her iki ortalama elektrofizyoloji kaydı setinde en az 0.1 μVtepe-tepe yanıt genliği üreten minimum uyaran akımı yoğunluğu olarak tanımlanır. Eşiğin üzerindeki en az iki akım seviyesi için geçerli bir yanıt tekrarlanacak veeşik 10,15'in altındaki en az iki akım seviyesi için mevcut olmayacaktır.

4. Uyanık sıçanlarda kronik abdominal VNS

NOT: Abdominal VNS, perkütan konektörün etrafındaki cerrahi yara iyileştikten ve stabilize olduktan sonra uyanık hayvanlara uygulanabilir. Herhangi bir stres tepkisini azaltmak ve daha iyi veri toplanmasına izin vermek için hayvanlar, implantasyon ameliyatından ve VNS tedavisinin başlamasından yedi gün önce günde bir saat olmak üzere test uzmanlarının taşıma ve stimülasyon ortamına alıştırılır.

  1. Herhangi bir VNS uygulamadan önce her elektrotun empedansını adım 3.4'te açıklandığı gibi ölçün. Uyarıcı elektrotların empedansının 20 kΩ'un altında olduğundan emin olun.
  2. Arka perkütan konektöre bir kablo bağlayın ve kablonun diğer ucunu uygun stimülasyonu uygulamak üzere programlanmış bir stimülatöre bağlayın (örneğin, 27 Hz, 1.6 mA, 200 μs darbe genişliği, 50 μs fazlar arası boşluk, 30 s AÇIK, 2.5 dakika kapalı15) ve stimülatörü açın.
    NOT: Hayvanların stimülasyon sırasında uykuya daldıkları sıklıkla gözlemlense de, uygun şekilde alışılmışlarsa, çiğnenmesini önlemek için mümkünse çelik bobinler gibi koruyucu dış malzemeye sahip bir kablo kullanın.
  3. Stimülasyonun zamanlaması ile senkronize olarak aşırı tımar veya aktivite seviyesinde ani artış/azalma gibi advers reaksiyon olmadığından emin olmak için her VNS terapi seansının başında hayvanı gözlemleyin.
  4. Kablonun bükülmesini veya bağlantısının kesilmesini kontrol etmek için her 30 dakikada bir izleyin. VNS'yi kronik olarak uygulamak için (örneğin, 7 gün boyunca günde 3 saat15), her seansın başında 4.1-4.3 adımlarını tekrarlayın.
    NOT: Bir komütatörün kullanılması, kabloların bükülme olasılığını azaltabilir ve daha az sıklıkta izleme gerektirebilir.

Sonuçlar

Ameliyattan hemen sonra uyarılmış bileşik aksiyon potansiyellerinin (ECAP'ler, Şekil 3A,B) kaydedilmesi, sinirin dizi kanalı içinde doğru yerleşimini doğrulamaya yardımcı olmak için kullanılabilecek bir tekniktir ve bu stimülasyon vagus sinirini aktive etmede etkilidir.

Şekil 3'te, dişi koyu renkli aguti sıçanları (8-9 haftalık) VNS elektrot dizisi ile implante edildi. Terapötik stimülasyon almak üzere rastgele seçilen sıçanlarda, ECAP'ler ameliyattan hemen sonra (gün 0, Şekil 3A) ve VNS tedavi seansının sonunda (gün 23, Şekil 3B) kaydedildi. ECAP'lerin varlığı (Şekil 3B) stimülasyon yoğunluğunun nöral eşiğin üzerinde olduğunu ve sinirin başarılı bir şekilde aktive edildiğini gösterdi. Stimülasyonun başarılı bir şekilde verildiğine dair bir garanti olmadığı için ECAP'ler kaydedilmezse VNS tedavi grubundaki hayvanlar hariç tutulmuştur15. Nöral yanıtın gecikmesi (Şekil 3A, B, yeşil okla gösterilir), hangi lif sınıfının aktive edildiğini değerlendirmek için kullanılabilir.

Önceki çalışmalarda, çoğu nöral yanıtın tipik olarak 4 ms ile 10 ms arasında meydana geldiğini gözlemlemiştik10,15. Uyarıcı ve kayıt çiftleri arasındaki mesafenin 4,7 mm olduğu göz önüne alındığında, bu yanıt penceresinin yaklaşık iletim hızı 0,47 - 1,2 m/s'dir, bu da C-fiberlerin18 iletim hızıyla tutarlıdır.

0. gün (377 μA, Şekil 3A) ile 23. gün (1335 μA, Şekil 3B) arasında nöral eşikte bir artış vardır ve bu da zamanla muhtemelen doku-elektrot arayüzü10,15 çevresinde oluşan minör iyi huylu fibrozis nedeniyle ortaya çıkar.

Şekil 3C , 3 haftalık test süresi boyunca sabit kalan deneysel test kurulumunu ve arka konektörün konumunugöstermiştir 15.

Vagus sinir stimülasyon diyagramı ve cerrahi düzeneği ve anatomi etiketlerini gösteren elektrot yerleştirme görüntüleri.
Şekil 1: Servikal VNS ve abdominal VNS bölgeleri. (A) Servikal VNS, dalların üstünden kalbe ve hava yollarına uygulanır ve abdominal VNS bu dalların altına uygulanır. (B) Elektrot dizisi, derinin altında tünel açma sırasında korumak için bir iğne başlığına (jant çıkarılmış olarak) yerleştirilir. (C) Sıçan abdominal VNS dizisi implante edilir ve çölyak üzerindeki dikişler (D) ve diyaframın altındaki hepatik dallarla sabitlenir. Kısaltmalar: VN = vagus siniri, b. = dal. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Mide stimülasyon diyagramı için elektrot dizisini gösteren sıçan midesinde perkütan konektör kurulumu.
Şekil 2: Sıçan VNS dizisi. (A) Bir sıçan VNS dizisi, bir perkütan konektör ve kurşun tel ile bağlanmış bir elektrot dizisinden oluşur. (B) Elektrot dizisinin yakınındaki bir tırnak, dizinin konumunu stabilize etmeye yardımcı olmak için yemek borusuna dikilebilir. Standart sıçan abdominal vagus sinir dizisi iki elektrot çifti (E1 ve E2 ve E3 ve E4) ile birlikte gelir. Her iki elektrot çifti de stimülasyon veya kayıt için kullanılabilir. Perkütan konektör, hayvanın kereste bölgesine monte edilir ve kurşun tel, hayvanın sol tarafındaki derinin altına tünellenir. Elektrot dizisi implante edildikten sonra, kurşun tel boyunca referans elektrot, hayvanın sol tarafındaki derinin altına yerleştirilir. Elektrot dizisi, midenin üstündeki ve diyaframın hemen altındaki yemek borusu boyunca vagus sinirine implante edilir. (C) Hayvanın sol tarafında, derinin altındaki kurşun telin ekstra uzunluğu, gerginliğin azaltılmasını sağlar. Kısaltmalar: E = elektrot. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Elektrofizyoloji deneyi: 0. ve 23. günlerde uyaran tepkisinin voltaj ve zaman grafikleri; sıçan kurulumu.
Şekil 3: Kronik implantasyon sırasında abdominal vagus sinirinden kaydedilen tipik elektrofizyoloji izleri ve VNS tedavisi alan bir sıçan. (A) Her elektrofizyoloji izi ortalama 25 tekrardır. Yeşil gölgeli kutular, sıçan abdominal vagus sinirindeki C-fiber yanıtının tipik gecikmesini 4 ms ile 10 ms arasında gösterir (uyarıcı ve kayıt elektrot çiftleri arasında merkezden merkeze 4.7 mm mesafeli bir elektrot dizisi kullanılarak). ECAP'ler yeşil ok uçlarıyla etiketlenmiştir. (B) Ev kafesinde sırtındaki perkütan konektör yoluyla VNS tedavisi alan bir sıçan. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Temizleme solüsyonuSonikasyon süresi
1. Ultra saf suda% 0.5 pyroneg15 dk
2. Ultra saf su5 dk
3. Ultra saf su5 dk
4.% 96 etanol10 dk
5. Ultra saf su5 dk
6. Ultra saf su5 dk

Tablo 1: Sonikasyon adımları. Tablo, burada gerçekleştirilen sonikasyonun ayrıntılarını sağlar.

Tartışma

Bu abdominal VNS implant cerrahisi yöntemi ve vagus sinirinin kronik stimülasyonu ve ECAP'lerin kaydedilmesi implantasyonu takiben sıçanlarda 5 hafta boyunca başarıyla kullanılmış ve iyi tolere edilmiştir 10,15,16. Yemek borusu ve vagus sinirini iyi bir şekilde görmek için mide, karaciğer ve bağırsağın geri çekilmesi ameliyatın en önemli adımlarından biridir. Bu organlar geri çekildiğinde, vagus siniri erişilebilir hale gelir. Midenin geri çekilmesi solunumu tehlikeye atma riski taşır, bu durumda ekartör gevşer. Ek olarak, vagus sinirine erişmek için yemek borusunu çevreleyen bağ dokusunu keserken, göğüs içi basıncın bozulmasına, ciddi solunum baskılanmasına ve ameliyat sırasında hayvanın ölümüne yol açabilecek diyaframın zarar görmemesine özen gösterilmelidir. Yemek borusunu çevreleyen bağ dokusunun, hepatik ve çölyak dallarının üzerindeki elektrot dizisine sığacak kadar temizlenmesi önerilir.

Ameliyat sonrası olası komplikasyonlar arasında yemek borusu çevresinde doku yapışması, fıtık ve ameliyat sonrası ileus yer alır. Doku adezyonu, ameliyat sırasında ve karın boşluğu kapatılmadan önce karın boşluğuna steril salinin liberal uygulaması ile en aza indirilebilir. Karın zarı tabakasının kas tabakası ile birlikte kapatılması da iç organların korunmasına ve doku adezyonunun azalmasına yardımcı olmalıdır. Karaciğer kolayca zedelendiğinden ve bağırsağın manipülasyonu ameliyat sonrası ileusa neden olabileceğinden, bu organların minimal ve nazik kullanımı önemlidir. Son olarak, özellikle daha ağır hayvanlarda, fıtık ve ksifoid süreç çıkıntısını önlemek için karın boşluğunu kapatırken akan dikiş dikişlerinin birbirine yakın yerleştirilmesi veya bunun yerine kesintili dikişlerin kullanılması çok önemlidir.

Standart ameliyat sonrası bakım olarak, hayvanlar ameliyattan sonra dışkılama, kilo değişimi, tüy, aktivite düzeyi ve cerrahi yaralardan herhangi bir şişlik veya akıntı olup olmadığı açısından düzenli olarak kontrol edilmelidir. Nadir durumlarda, cerrahi yaraların çevresinde enfeksiyonu düşündüren aşırı akıntı, kızarıklık ve şişlik oluşabilir. Bu gibi durumlarda, enfeksiyon düzelene kadar Baytril (0.2 mg / mL, 3-5 gün içme suyunda) gibi antibiyotikler uygulanır. Normal sıçanlar genellikle ameliyattan iyi bir şekilde iyileşirken, sağlık koşulları bozulmuş sıçanlar (yani hastalık modelleri) ameliyat sonrası test ve stimülasyonun başlayabilmesi için daha fazla zamana ihtiyaç duyabilir. Bu tür hayvanlar için uygun ameliyat sonrası bakım (adım 2.26'da özetlendiği gibi) hayvanların refahı için gereklidir.

Bu protokolün sınırlamalarından biri, sıçan VNS elektrot dizisinin tasarımının daha yavaş C-fiber tepkisini kaydetmek için mükemmel olmasına rağmen, elektrot çiftleri arasındaki boşluğun (4,7 mm) bazı daha hızlı fiber türlerinin aktivitesini yakalamak için uygun olmayabileceğidir. Dizinin toplam uzunluğu, hepatik ve çölyak dallarının üzerindeki subdiyafragmatik vagus sinirinin mevcut uzunluğu ile sınırlı olsa da, bu VNS dizileri ek elektrot çiftleri ile satın alınabilir. Bu tür diziler, VNS16,19'un yönünü manipüle edebilen ve bu modelin olası kullanımını genişleten engelleme stimülasyonu uygulamasını keşfetmek için kullanılabilir.

ECAP'lerin kaydedilmesi, dizinin sinir etrafındaki yerleşimini, elektrot arayüzünün kalitesini ve cihazın vagal lifleri aktive etme yeteneğini değerlendirmek için kullanılabilir. Vagus, transmisyon elektron mikroskobu çalışmaları 20 ile doğrulandığı gibi, liflerin geri kalan% 1-99'u miyelinli liflerden (işlev bilinmiyor) oluşan% 97-99 C-liflerinden(18,20) oluşan otonom bir sinirdir. Şekil 3'teki yanıtlar, periferik sinir21,22 için bileşik aksiyon potansiyelinin şekline ve formuna uydukları için, miyojenik aktiviteden ziyade vagus sinirinin elektriksel olarak uyarılmış aktivitesinden kaynaklanabilir. Ayrıca, sıçan abdominal vagus siniri ECAP'lerinin tipik iletim hızı 0.47 - 1.2 m/s'dir, bu da C-liflerinin18 iletim hızı ile tutarlıdır. İlk cihaz geliştirme pilot çalışmalarında, uyarıcı ve kayıt elektrotu arasındaki vagus siniri kesilerek anestezi uygulanmış sıçan çalışmalarında kayıtlar doğrulandı ve bu da uyarılmış yanıtların ortadan kaldırılmasıyla sonuçlandı (veriler gösterilmemiştir). Elektrot dizisi, vagus siniri platin-silikon bir kanal içine oturacak ve onu çevredeki yapı yapılarından (örneğin yemek borusu) etkili bir şekilde elektriksel olarak izole edecek şekilde tasarlanmıştır. Stimülasyon ve kayıt, bitişik elektrotlar kullanılarak bipolar konfigürasyonlar kullanılarak gerçekleştirilir, bu da stimülasyonun yayılması ve kaydın kontaminasyonu için fırsatları daha da en aza indirir. Stimülasyonun fizyolojik etkilerinin vagal sinir aktivasyonunu doğruladığıçalışmalar da dahil olmak üzere, anestezi uygulanmış ve uyanık preparatlarda 10,15,16,19,23 abdominal vagus sinirinin elektriksel stimülasyonunu takiben sürekli olarak benzer dalga formlarını bildirdik 10,15,16 . Kaydın miyojenik aktivite ile kontaminasyonunu dışlamak imkansız olsa da, çalışmalarımızda10,15 ve Şekil 3A,B'de gözlenen dereceli, daha küçük büyüme profillerinin aksine, miyojenik yanıtlar genellikle hızlı ve büyük büyüme genlik profilleri24 nedeniyle nöral yanıttan ayırt edilebilir: Gün 0: mevcut seviye 377 μA gecikme: 7,24 ms > akım seviyesi 1750 μA: 6,74 ms.

Neredeyse tamamen C-liflerinden20,25 oluşan subdiyafragmatik vagus sinirinin aktivasyonunun, inflamatuar barsak hastalığı 10, romatoid artrit15 ve diyabet16'nın klinik öncesi modellerinin tedavisinde etkili olduğu gösterilmiş olsa da, terapötik etkisini en üst düzeye çıkarmak için optimal abdominal VNS parametreleri tam olarak araştırılmamıştır14. İnflamatuar barsak hastalığının tedavisi için abdominal VNS'nin uygulanması şu anda ilk insan klinik çalışmasında araştırıldığından, bu konuyla ilgili daha fazla araştırma büyük fayda sağlayacaktır. Abdominal VNS'nin anti-inflamatuar etkisinin sistemik26 olduğu düşünüldüğünden, bu tedavinin sistemik lupus eritematozus27 ve kronik böbrek hastalığı28 gibi diğer enflamatuar durumlar için de etkili olma potansiyeli büyüktür.

Sıçan çalışmalarımız, abdominal VNS'nin servikal VNS'ye göre benzersiz bir avantaja sahip olduğunu göstermektedir, çünkü kardiyak veya solunum hedef dışı etkilere neden olmaz10. Daha yüksek yoğunluklu stimülasyon, solunumdan veya hayvanın kalp atış hızından ödün vermeden daha uzun süre uygulanabilir. Eşik üstü stimülasyon yoğunluklarını doğrulayan uyarılmış nöral yanıtı izleme yeteneği ile eşleştirilen bu yöntem, çeşitli hastalıkların tedavisinde abdominal VNS'nin etkinliğini incelemek için harika bir model sağlar. VNS uygulaması genişlemeye devam ettikçe, bu VNS yönteminin uygulamasının da genişlemesi beklenmektedir.

Açıklamalar

Bu araştırma, potansiyel bir çıkar çatışması olarak yorumlanabilecek herhangi bir ticari veya finansal ilişkinin yokluğunda gerçekleştirilmiştir.

Teşekkürler

Sıçan abdominal VNS implantının geliştirilmesi, Uzay ve Deniz Harp Sistemleri Merkezi aracılığıyla Dr. Doug Weber ve Dr. Eric Van Gieson'un himayesinde Savunma İleri Araştırma Projeleri Ajansı (DARPA) BTO tarafından finanse edildi (Sözleşme No. N66001-15-2-4060). Bu yayında bildirilen araştırma, Biyonik Enstitüsü Kuluçka Fonu tarafından desteklenmiştir. Biyonik Enstitüsü, Operasyonel Altyapı Destek Programı aracılığıyla Victoria Hükümeti'nden aldıkları desteği kabul etmektedir. Mekanik tasarım için Bay Owen Burns'e, anatomik uzmanlık için Prof. John B Furness'e, periferik arayüz, nöromodülasyon ve kayıt uzmanlığı için Prof. Robert K Shepherd'a, hayvancılık ve test için Bayan Philippa Kammerer ve Bayan Amy Morley'e, ameliyat sonrası hayvan bakımı konusundaki tavsiyeleri için Bayan Fenella Muntz ve Dr. Peta Grigsby'ye ve VNS dizilerinin üretimi için Bayan Jenny Zhou'ya ve NeoBionica'dan elektrot üretim ekibine teşekkür ederiz.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
% 0.9 tuzlu suBriemarpakSC3050
BaytrilBayer
BetadineSanofi-Aventis Healthcare
Buprelieve (Buprenorfin)Jurox
Veri toplama cihazıNational InstrumentsUSB-6210
DietGel Boost (diyet jeli takviyesi)ClearH2O
Dumont cımbız, stil 5ProSciTechT05-822
Dumont cımbız, stil N7, kendi kendine kapananProSciTechEMS72864-D
Elmasonic P sonikatörElma
Hartmann'ın çözümüBaxterAHB2323
HemostatProSciTechTS1322-140
HPMC/PAA Nemlendirici Göz JeliAlcon
Igor Pro-8 yazılımıWavemetrics, Inc
Isoflo (Isoflurane)Zoetis
İzole diferansiyel amplifikatörWorld Precision InstrumentsISO-80
Sıvı pyronegDiverseyHH12291temizleme solüsyonu
Marcaine (Bupivakain)Aspen
Plastik örtüMultigate22-203
Sıçan vagus sinir implantıNeo-Bionica
Rimadyl (Carprofen)Zoetis
İpek sütür 3-0Ethicon
İpek sütür 7-0Ethicon
SteriClave otoklavCominox24S
Steril tek kullanımlık cerrahi önlükZebravetDSG-S
İntihar Nikel kancalarJarvis Walker
Ultra saf suMerck Millipre Milli-QDoğrudan
Alt PedlerZebravetUP10SM
Vannas makasProSciTechEMS72933-01
Vicryl sütür 4-0Ethicon

Kaynaklar

  1. Fang, Y. T., et al. Neuroimmunomodulation of vagus nerve stimulation and the therapeutic implications. Front Aging Neurosci. 15, 1173987(2023).
  2. Fudim, M., et al. Device therapy in chronic heart failure: JACC state-of-the-art review. J Am Coll Cardiol. 78 (9), 931-956 (2021).
  3. Sinniger, V., et al. A 12-month pilot study outcomes of vagus nerve stimulation in Crohn's disease. Neurogastroenterol Motil. 32 (10), 13911(2020).
  4. Koopman, F. A., et al. Vagus nerve stimulation in patients with rheumatoid arthritis: 24 month safety and efficacy. Arthritis Rheumatol. 70, (2018).
  5. Genovese, M. C., et al. Safety and efficacy of neurostimulation with a miniaturised vagus nerve stimulation device in patients with multidrug-refractory rheumatoid arthritis: a two-stage multicentre, randomised pilot study. Lancet Rheumatol. 2 (9), e527-e538 (2020).
  6. Lu, J. Y., et al. A randomized trial on the effect of transcutaneous electrical nerve stimulator on glycemic control in patients with type 2 diabetes. Sci Rep. 13 (1), 2662(2023).
  7. Huang, F., et al. Effect of transcutaneous auricular vagus nerve stimulation on impaired glucose tolerance: a pilot randomized study. BMC Complement Altern Med. 14, 203(2014).
  8. Chang, R. B., Strochlic, D. E., Williams, E. K., Umans, B. D., Liberles, S. D. Vagal sensory neuron subtypes that differentially control breathing. Cell. 161 (3), 622-633 (2015).
  9. McAllen, R. M., Shafton, A. D., Bratton, B. O., Trevaks, D., Furness, J. B. Calibration of thresholds for functional engagement of vagal A, B and C fiber groups in vivo. Bioelectron Med (Lond). 1 (1), 21-27 (2018).
  10. Payne, S. C., et al. Anti-inflammatory effects of abdominal vagus nerve stimulation on experimental intestinal inflammation). Front Neurosci. 13, 418(2019).
  11. Ben-Menachem, E., Revesz, D., Simon, B. J., Silberstein, S. Surgically implanted and non-invasive vagus nerve stimulation: a review of efficacy, safety and tolerability. Eur J Neurol. 22 (9), 1260-1268 (2015).
  12. Parhizgar, F., Nugent, K., Raj, R. Obstructive sleep apnea and respiratory complications associated with vagus nerve stimulators. J Clin Sleep Med. 7 (4), 401-407 (2011).
  13. Mao, H., Chen, Y., Ge, Q., Ye, L., Cheng, H. S. hort- and long-term response of vagus nerve stimulation therapy in drug-resistant epilepsy: A systematic review and meta-analysis. Neuromodulation. 25 (3), 327-342 (2022).
  14. Payne, S. C., Furness, J. B., Stebbing, M. J. Bioelectric neuromodulation for gastrointestinal disorders: effectiveness and mechanisms. Nat Rev Gastroenterol Hepatol. 16 (2), 89-105 (2019).
  15. Payne, S. C., Romas, E., Hyakumura, T., Muntz, F., Fallon, J. B. Abdominal vagus nerve stimulation alleviates collagen-induced arthritis in rats. Front Neurosci. 16, 1012133(2022).
  16. Payne, S. C., et al. Blood glucose modulation and safety of efferent vagus nerve stimulation in a type 2 diabetic rat model. Physiol Rep. 10 (8), 15257(2022).
  17. Shepherd, R. K., Fallon, J. B., Payne, S. C., Burns, O., Furness, J. B. Peripheral nerve electrode array. US patent. , US-2020230400-A1 (2019).
  18. Castoro, M. A., et al. Excitation properties of the right cervical vagus nerve in adult dogs. Exp Neurol. 227 (1), 62-68 (2011).
  19. Payne, S. C., et al. Differential effects of vagus nerve stimulation strategies on glycemia and pancreatic secretions. Physiol Rep. 8 (11), 14479(2020).
  20. Prechtl, J. C., Powley, T. L. The fiber composition of the abdominal vagus of the rat. Anat Embryol (Berl). 181 (2), 101-115 (1990).
  21. Gasser, H. S., Erlanger, J. The role played by the sizes of the constituent fibers of a nerve trunk in determining the form of its action potential wave. Am J Physiol-Legacy Content. 80 (3), 522-547 (1927).
  22. Parker, J. L., Shariati, N. H., Karantonis, D. M. Electrically evoked compound action potential recording in peripheral nerves. Bioelectron Med. 1 (1), 71-83 (2018).
  23. Villalobos, J., et al. Stimulation parameters for directional vagus nerve stimulation. Bioelectron Med. 9 (1), 16(2023).
  24. Verma, N., et al. Characterization and applications of evoked responses during epidural electrical stimulation. Bioelectron Med. 9 (1), 5(2023).
  25. Hoffman, H. H., Schnitzlein, H. N. The numbers of nerve fibers in the vagus nerve of man. Anat Rec. 139, 429-435 (1961).
  26. Bassi, G. S., et al. Anatomical and clinical implications of vagal modulation of the spleen. Neurosci Biobehav Rev. 112, 363-373 (2020).
  27. Courties, A., Berenbaum, F., Sellam, J. Vagus nerve stimulation in musculoskeletal diseases. Joint Bone Spine. 88 (3), 105149(2021).
  28. Hilderman, M., Bruchfeld, A. The cholinergic anti-inflammatory pathway in chronic kidney disease-review and vagus nerve stimulation clinical pilot study. Nephrol Dial Transplant. 35 (11), 1840-1852 (2020).

Yeniden basım ve izinler

Etiketler

Elektrot Dizisi İmplantasyonuUyanık Sıçan CerrahisiAnti-inflamatuar Etkilerİnflamatuar Bağırsak HastalığıRomatoid Artrit ModeliBileşik Aksiyon PotansiyelleriElektrofizyolojik KayıtSubdiyafragmatik VNS
Uyanık Sıçanlarda Abdominal Vagus Sinir Stimülasyonu ve Kayıt Çalışmaları için İmplantasyon Cerrahisi
Bize Ulaşın
Kütüphaneye Öner

Gizlilik

Kullanım Koşulları

Politikalar

Telif Hakkı © 2026 MyJoVE Corporation. Tüm hakları saklıdır.