Küçük hayvanlar için gerçek zamanlı giyilebilir elektromiyografi ölçüm sistemi
15 Kasım 2024
Hareket çalışmalarında elektromiyografi (EMG) analizi için hayvana monte edilebilir, minyatür bir ölçüm cihazı ile birlikte kas içi elektrotların kurulumu ve hazırlanması için bir protokol sunulmaktadır. Bu sistem, inme modeli sıçanlarda hareket iyileşmesini araştırmak için gerçek zamanlı EMG verilerinin kablosuz olarak iletilmesini sağlar.
Bu yöntem, ölçüm ekipmanına bağlı bir bağlantıya ihtiyaç duymadan küçük hayvanlarda EMG'yi ölçmeyi amaçlamaktadır. Bağlama, hayvanın hareketini kısıtlayabilir ve bazı dezavantajlara yol açabilir. Bu sınırlamaları ele alıp alamayacağımız sorusuyla başladık.
Şu anda kasları ve sinirleri tedavi etmek için bir elektrik stimülasyon cihazı geliştiriyor ve test ediyoruz. Kurtarma için açık döngü stimülasyonu kullanan geleneksel yöntemlerin aksine, yaklaşımımız, etkiyi gerçek zamanlı olarak izlemek için kapalı döngü geri bildirimi içerir. Bu entegrasyon, terapötik sonuçları iyileştirmeyi amaçlamaktadır.
Odak noktamız, cihazı minyatürleştirmektir, böylece hareketlerini kısıtlamadan canlı hayvanlar üzerinde kullanılabilir. Bazı deneyimli mühendislik ekipleri benzer testleri gelişigüzel yapabilirken, tamamen bilimsel bir geçmişe sahip ekiplerin bunu başarması zordur. Çalışmamız özellikle kablosuz giyilebilir bir sistem kullanmayı hedefliyor ve cihazı bu amacı göz önünde bulundurarak tasarladık.
En önemli avantajlardan biri, konektörleri ve cihazın kendisini minyatürleştirmiş olmamızdır. Bu tasarım, özellikle hayvan deneklerle çalışırken, ölçüm deneyleri sırasında yükün azaltılmasına yardımcı olur. Laboratuvarımız, kapalı döngü geri besleme izlemeli bir biyo sinyal ölçüm sistemi geliştirerek küçük hayvan tedavileri üzerine araştırmaları ilerletmeyi amaçlamaktadır.
Bu sistem, tedavilerin etkinliğini artırarak daha kesin ve uyarlanabilir terapötik sonuçlar elde etmemizi sağlar. Başlamak için, politetrafloretilen kaplı paslanmaz çelik bir teli 140 milimetre ve 60 milimetre uzunluğunda kesin. 140 milimetre uzunluğundaki bir tel üzerine üç el üstü düğüm bağlayın ve bunları düğüme göre 40 ve 100 milimetreye yerleştirin.
140 milimetrelik tellerin kısa kenarında düğümden iki milimetre boşluk bırakın. Ardından, iki milimetrelik yalıtımı kısmen çıkarmak için bir havya kullanın. Uzun tarafta, uçtan iki milimetrelik yalıtımı tamamen sıyırın.
60 milimetrelik tel için, bir ucundan iki milimetre ve diğer ucundan 10 milimetre yalıtımı çıkarın. İzolasyonu tamamen çıkardıktan sonra, kabloyu konektör aksesuarına lehimleyerek sabitleyin. Tele bağlı metal parçayı plastik muhafazaya monte edin.
Konektörü, hayvan derisine sabitlemek için delikleri olan 3D baskılı plastik bir kılavuza takın. Lehimli parçanın insizyon bölgesine temas etmesini önlemek için biyouyumlu siyanoakrilat uygulayın. 0,2 milimetre kalınlığında bir nikel plaka kesin ve onu korumak için konektörün etrafında bükün, böylece hayvanın olası hasarını önleyin.
Başlamak için, cerrahi bir makas kullanarak, konektörün takılacağı anestezi uygulanmış sıçanın bel bölgesi çevresinde 5 ila 10 milimetrelik bir kesi yapın. Daha sonra hedef kas üzerindeki cilt üzerinde yaklaşık 10 ila 15 milimetrelik bir kesi yapın ve kası ortaya çıkarmak için cildin altındaki fasyayı çıkarın. Telin bel kesisinden hedef kas pozisyonuna geçmesi için bir geçit oluşturmak için steril trokar kullanın.
Tel elektrot ve konektör tertibatını hazırladıktan sonra, tel elektrotları bel kesisinde sıkıştırmak için trokarı kullanın ve bunları dikkatlice hedef kas kesisine doğru çekin. Elektrot telini hedef kasın içine yerleştirmek için bir dikiş iğnesi kullanın. Kastan geçen teli tekrar giriş noktasına yönlendirin.
El üstü bir düğümle sabitleyin ve kalan teli kesin. Tel elektrodu hedef kasta sabitledikten sonra, 4/0 dikiş ipliği kullanarak kesi bölgesini dikin. Kesi konektörün altına dikin, tüm telin vücuda yerleştirildiğinden ve güvenli bir şekilde dikildiğinden emin olun.
Son olarak, konektörü dikiş ipliği kullanarak farenin sırt derisine sabitleyin.
Genel Bakış
Bu makale, elektromiyografi (EMG) analizi için intramüsküler elektrotların ve minyatürize bir ölçüm cihazının kurulumu ve hazırlanmasına yönelik bir protokol sunmaktadır. Sistem, gerçek zamanlı EMG verilerinin kablosuz iletimine olanak tanıyarak, inme model farelerde lokomosyon iyileşmesinin incelenmesini kolaylaştırır.
Temel Çalışma Bileşenleri
Bilim Alanı
- Elektrofizyoloji
- Lokomosyon çalışmaları
- Nörobilim
Arka Plan
- Geleneksel EMG yöntemleri genellikle kablolu bağlantılar gerektirir.
- Kablolu bağlantılar hayvan hareketlerini kısıtlayabilir ve çalışma sonuçlarını etkileyebilir.
- Bu çalışma, söz konusu kısıtlamaların üstesinden gelmeyi amaçlamaktadır.
- Gerçek zamanlı izleme için kapalı döngü bir geri besleme sisteminin geliştirilmesi süreci devam etmektedir.
Çalışmanın Amacı
- Küçük hayvanlarda, kablo bağlantısı olmadan EMG ölçümü yapmak.
- Gerçek zamanlı geri bildirim yoluyla terapötik sonuçları iyileştirmek.
- İnme model sıçanlarda lokomosyon iyileşmesini araştırmak.
Kullanılan Yöntemler
- İntramüsküler elektrotların yerleştirilmesi.
- Minyatürleştirilmiş bir ölçüm cihazının hazırlanması.
- EMG verilerinin kablosuz iletimi.
- Lokomosyon iyileşmesinin gerçek zamanlı izlenmesi.
Temel Sonuçlar
- İntramüsküler elektrotların başarılı bir şekilde yerleştirilmesi.
- EMG verilerinin etkili kablosuz iletimi.
- Gerçek zamanlı izleme ile uygulanabilirliğin kanıtlanması.
- Lokomosyon iyileşme analizlerinin geliştirilmesi potansiyeli.
Sonuçlar
- Geliştirilen sistem, geleneksel yöntemlerin kısıtlamalarını gidermektedir.
- Kablosuz EMG ölçümü, hayvan hareketliliğini artırabilir.
- Gerçek zamanlı geri bildirim, terapötik stratejileri iyileştirebilir.
Sıkça Sorulan Sorular
Yönetici Endüstriyel Uygunluk
Küçük hayvan modellerinde kablosuz, gerçek zamanlı EMG ölçümü, kısıtlanmamış davranışsal çalışmalara ve fizyolojik açıdan daha ilgili veri yakalamaya olanak tanıyarak preklinik nöromusküler araştırmalardaki kritik bir darboğazı giderir. Bu yetenek, translasyonel modellerdeki öngörü güvenini artırır ve nöromusküler hedef doğrulaması için mekanistik risk azaltmayı destekler. Sistemin minyatürizasyonu ve kapalı döngü geri bildirim entegrasyonu, onu erken keşif ve preklinik süreç ilerlemesi için yeniden kullanılabilir bir platform olarak konumlandırır.
Biyofarma Ar-Ge'sinde Stratejik Uygulamalar
Erken Keşif ve Hedef Doğrulama
- Serbestçe hareket eden hayvan modellerinde nöromüsküler yolakların fonksiyonel sorgulamasını sağlar.
- Gerçek zamanlı ve fizyolojik olarak ilgili EMG verileri sağlayarak mekanistik risk azaltmayı destekler.
- Adaptif geri bildirim ve kas ile sinir yanıtlarının hassas izlenmesi yoluyla hedef doğrulamayı kolaylaştırır.
Tarama ve Assay Geliştirme
- Aşağı yönlü bileşik tarama ve etkinlik çalışmaları için valide edilmiş hayvan modelleri hazırlar.
- Deneyler genelinde tekrarlanabilir, kantitatif çıktılar elde etmek için EMG sinyal alımını standartlaştırır.
- Yüksek kapasiteli preklinik taramalar için ölçeklenebilir, kablosuz analiz platformları sağlar.
Translasyonel ve Preklinik Araştırmalar
- Translasyonel biyobelirteç geliştirme için preklinik modelleri, hastalıkla ilgili lokomotor son noktalarla uyumlu hale getirir.
- Adaptif terapötik testleri destekleyerek, erken keşiften preklinik doğrulamaya kadar olan süreci kesintisiz sürdürür.
- İlgili hayvan sistemlerinde gerçek zamanlı fonksiyonel sonuçları yakalayarak translasyonel riski azaltır.
Boru Hattı ve İş Akışı Entegrasyonu
Bu kablosuz EMG sistemi, keşiften preklinik aşamaya kadar olan sürece entegre olarak; nöromüsküler ve rehabilitasyon süreçlerinde hipotez testlerini, aday belirlemeyi ve translasyonel araştırmaları destekler.
- Keşif Biyolojisi: İn vivo yolak aydınlatma ve hipotez testi için yüksek sadakatli EMG verileri sağlar.
- Tarama: Bileşik etkinliğinin değerlendirilmesine uygun, tekrarlanabilir ve kantitatif EMG çıktıları sunar.
- Analitik: Gerçek zamanlı sinyal izleme ve lokomotor yanıtların istatistiksel karşılaştırmasına olanak tanır.
- Translasyonel Araştırma: Erken keşif ile preklinik doğrulama arasındaki boşluğu, hastalıkla ilgili fonksiyonel sonlanım noktalarıyla doldurur.
- Kurumsal Yeniden Kullanım: Çeşitli nöromüsküler araştırma programlarına uyarlanabilen modüler, kablosuz bir platform sunar.
Operasyonel ve Kurumsal Etki
- Bilimsel Değer: Nöromüsküler çalışmalarda öngörü güvenini artırır ve mekanistik belirsizliği azaltır.
- Operasyonel Değer: EMG veri toplamanın standardizasyonunu, tekrarlanabilirliğini ve ölçeklenebilirliğini geliştirir.
- Stratejik Değer: Güçlü preklinik veri üretimini mümkün kılarak devam/dur kararlarını ve sermaye verimliliğini iyileştirir.
- Portföy Etkisi: Nöromüsküler ve rehabilitasyon varlıklarının riskten arındırılmış önceliklendirilmesini ve ilerletilmesini destekler.
Uygulama Hususları
- Cerrahi elektrot implantasyonu ve kablosuz cihaz kullanımı konusunda uzmanlık gerektirir.
- Gerçek zamanlı veri toplama ve analiz altyapısına erişim gereklidir.
- Elektrot yerleşimi ve sinyal işleme protokollerinin ekipler arası standartlaştırılması gerekir.
- Farklı hayvan modellerine adaptasyon, konnektör ve cihaz minyatürizasyon ayarlamaları gerektirebilir.
- Kaynağın da desteklediği üzere, potansiyel kısıtlamalar arasında cihaz dayanıklılığı ve hayvan toleransı yer almaktadır.
