在啮齿动物脊髓中植入光电器件

所有程序均根据加拿大动物护理委员会的指导方针进行，并由不列颠哥伦比亚大学动物护理委员会监督。将体重 350-450 g、年龄 6-8 个月的雌性 Long-Evans 大鼠分组饲养 （21 °C;12 h：12 h 光周期），并在手术前后 随意 给予标准啮齿动物饮食。用于本研究的试剂和设备的详细信息列在 材料表中。 1. 术前准备 使用高压灭菌器对所有手术工具进行消毒。 用异氟醚（5% 用于诱导和 2% 用于维持）以 1 L/min 的流速输送在氧气中麻醉动物。 将动物从感应室转移到加热垫上，并立即连接异氟醚鼻锥。通过确保双腿完全失去脚趾捏反射，验证动物是否处于手术麻醉平面下。 从耳朵底部开始剃掉大鼠的背部，如图 2A 所示。 在眼睛上涂抹大量无菌眼药膏，皮下注射丁丙诺啡（稀释至 0.03 mg/kg）和 10 mL 乳酸林格（加热至体温）。 用抗菌手术擦洗膏（洗必泰），然后用异丙醇以圆周运动擦拭剃光区域，从剃光区域的中心开始，加宽圆直径。再重复肥皂/酒精过程两次。 将动物固定在立体定位框架中，使用润滑的耳杆定位头部以保持稳定性（图 2A）。注意：在整个过程中，始终如一地提供热支持，通过脚趾捏反射验证麻醉深度，并监测生命体征。 将无菌手术单放在动物顶部。 2. 颈脊髓暴露 使用无菌镊子，首先触诊颅底。感觉有一个突出的棘突，向颅底附近尾部延伸;这是 C214 （图 1B 和 图 2B）。 继续对 C2 尾部进行触诊，发现一个明显尖锐的棘突，可识别为 T215 （图 1B 和 图 2C）。 使用手术刀在皮肤上切开一个切口，从 C2 开始，向尾部延伸约 1.5 厘米（图 2D）。注意：不同大小的动物的切口大小可能会有所不同。确保提前确定解剖标志并相应地进行。 用手术刀小心地切开皮下脂肪层，露出完整的底层背肌组织。 一旦背肌暴露出来，使用两个 Adson 镊子将它们从中线拉开进行钝解剖（图 2E）。注意：重要的是进行钝性解剖（将肌肉纤维拉开）而不是切割肌肉以尽量减少出血。背侧肌肉组织的充分暴露应露出球形肌肉（图 2G）。这块肌肉完全覆盖 C2 部分覆盖 C3。 使用咬合钳和无菌镊子，立即从尾部提起一块皮肤，直至切口区域。使用 rongeurs 创建一个小的皮下袋 – 这将是设备的位置（图 2F）。注意：皮下袋应大于设备本身。建议外科医生重新定位自己以面向动物前方，以提高打开皮下袋时的控制和可见性。 放置一个牵开器以露出脊柱（图 2G）。 使用 rongeurs，去除覆盖椎骨的任何剩余肌肉或组织，并开始识别脊髓节段。紧邻球形肌肉尾部的是 C4，其次是 C5 和 C6（图 2G-I）。完成后，用无菌盐水冲洗手术区域并用无菌纱布擦干。注意：球形肌肉完全包裹 C2 并部分延伸到 C3 上。直接位于其尾部的脊髓段，接触最少，称为 C4。 根据探针的预期目的进行椎板切除术。对于椎板下的探针，在 C5 和 C6 进行横向椎板切除术，在椎板中创建一个侧向开口，以备将来放置探针（图 2H， 补充图 1A）。 对于椎板上的探针，进行 C5 的内侧椎板切除术，确保不去除棘突的外侧 – 仅暴露用于探针放置的内侧通路（图 2I， 补充图 1B）。 椎板切除术后，用无菌盐水冲洗该区域并用无菌纱布擦干以去除任何骨碎屑。注意：进行椎板切除术时，将咬骨向上推到骨骼上并避免任何向下运动以防止损伤脊髓至关重要。 3. 设备的硬膜外放置 用塑料尖端无菌镊子握住无菌装置（图 3A），并将其驱动到步骤 2.9 前面制作的皮下开口内。注意：为避免使用非无菌手套/工具接触设备以保持设备无菌至关重要。使用指定的无菌镊子在皮下放置和定位装置。 将设备缝合或粘合到相邻的肌肉层以确保其安全（图 3B）。注意： 如果将设备缝合到肌肉上，请使用不可吸收的缝合线。否则，该装置在体内缝合吸收后容易移动。如果使用胶水，请确保胶水/胶粘剂的长期稳定性和生物相容性。避免将设备固定在皮下脂肪/脂肪层，以确保可靠的锚定点。在继续执行此步骤之前，请规划设备主体位置。由于该装置将被永久固定，因此如果装置距离脊髓所需水平太近或太远，则可能会出现探针放置问题（步骤 3.4）。 将牵开器放在脊髓周围，并打开一个合适的窗口，将探头放在脊髓上。 探头放置：探针放置在叶片下：使用塑料尖端镊子小心地将探针滑过步骤 2.9.1 中制作的侧向通道，将其插入（C5 和 C6）叶片下方（图 3D）。 探头放置在脊髓上：使用塑料尖端镊子调整探针以对齐并将探针尖端放在步骤 2.9.2 中在 C5 创建的内侧窗口的顶部（图 3C）。 在一个无菌的、小的、最好是陶瓷的容器中，混合一勺牙科水泥粉、3 滴高科技润滑脂和一滴催化剂来制备水泥。与无菌牙签混合，直到达到粘稠度。注意：强烈建议一名不进行手术的人准备粘接剂，以便外科医生可以在涂抹粘接剂之前立即将探头固定到位并干燥所需的区域。此步骤对时间敏感。确保外科医生在准备粘接剂之前定位探头。一旦使用催化剂，如果延迟，水泥会变得太稠，无法有效地与骨骼结合。手术前使用粘接剂进行练习，以确保在将其放置在探针/骨骼上之前达到适当的稠度。 将椎骨上预期的粘合区域完全干燥，以形成可靠的锚点。在探针尖端涂抹 1-2 滴牙科水泥，应将其放置在预期的椎骨水平顶部，在这种情况下为 C4（图 3C，D）。注意：在粘合之前，椎骨必须尽可能干燥。否则，水泥将无法粘附，探头将无法固定。 暂停 30 秒并轻轻触摸水泥以验证其是否已固化。 如果水泥没有完全固化，请再等待 20 秒，然后重新涂抹新鲜制成的水泥，直到探针牢固地固定在骨头上。注意：当粘接剂摸起来变硬时，它已经正确粘合。注意： 在粘接剂太稠时涂抹水泥可能会导致其渗入椎骨之间的脊髓组织。如果发生这种情况，请等待大约 10 秒，让水泥变稠至更像牙龈的稠度，然后轻轻使用镊子去除与脊髓接触的水泥。 4. 术后程序 手术完成后，使用 5-0 维克缝合线缝合切口部位。轻轻地将动物从立体定位装置中取出，并将其转移到加热的恢复室中。在手术后的最初 3-5 天内，为动物提供柔软、湿润的食物、零食和水凝胶水。 在手术后第一周每天两次彻底监测动物。在接下来的 2 天内，每天两次给予丁丙诺啡和温热的乳酸林格氏注射液，如果疼痛迹象持续存在，则延长注射时间。继续每日检查，直到动物没有临床健康问题。此后，每周至少检查一次动物。 （可选）在手术和切口闭合后勾勒出设备在皮肤上的周边，以直观地指示设备在体内的位置（图 4A）。注意：当设备需要外部访问时，此步骤特别有用，例如需要通过天线耦合至关重要的外部发射器进行无线供电的设备，或必须通过皮肤重新填充的给药泵 16,17,18。