Sviluppo di un elettrodo per elettromiografia epimisiale a basso costo: un flusso di lavoro semplificato per la fabbricazione e il collaudo

L’elettromiografia (EMG) è un potente strumento per studiare l’attività elettrica del muscolo. Le registrazioni EMG possono essere particolarmente utili nei modelli animali preclinici per valutare l’efficacia degli interventi per il trattamento della disfunzione neuromuscolare. In questi modelli, gli elettrodi biocompatibili impiantabili sono comunemente usati per valutare l’interfaccia neurofisiologica tra motoneuroni e fibre muscolari. Questi elettrodi impiantabili possono fornire misurazioni localizzate dell’eccitazione muscolare e possono essere diversi in termini di configurazione, forma e materiale, con il design ottimale dettato in ultima analisi dalla posizione e dall’uso previsto.

Nonostante la loro idoneità per valutare l’eccitazione muscolare nei modelli preclinici, l’uso di elettrodi epimisiali può essere limitato dal costo. Di conseguenza, molti ricercatori utilizzano elettrodi epimisici fabbricati su misura che vengono prodotti internamente. Sebbene esistano risorse che descrivono in dettaglio le considerazioni fondamentali della fabbricazione, del test e dell’uso degli elettrodi ^1,2, è necessaria una guida didattica aggiornata che descriva in dettaglio l’approvvigionamento, la fabbricazione e la convalida degli elettrodi epimisici utilizzando metodi moderni. Sulla base dei lavori fondamentali di Loeb e Gans³ e di altri nella teoria degli elettrodi, presentiamo istruzioni moderne sull’approvvigionamento e la fabbricazione di elettrodi epimisici a basso costo e testiamo le loro prestazioni in una serie di esperimenti ex vivo e in vivo. L’obiettivo è quello di offrire una guida di facile utilizzo per gli altri membri della comunità scientifica per reperire, fabbricare e testare internamente elettrodi epimisici a basso costo per uso animale, consentendo la più ampia quantificazione dell’eccitazione muscolare nei modelli preclinici.

In questo protocollo, forniamo una guida didattica per l’approvvigionamento, la fabbricazione e il test di elettrodi epimisiali per uso animale nel moderno laboratorio di elettrofisiologia. I parametri dell’elettrodo scelti per la fabbricazione, come la forma, le dimensioni, l’area della superficie di contatto, la distanza tra gli elettrodi, la lunghezza dell’elettrocatetere e così via, sono stati selezionati per soddisfare le nostre esigenze sperimentali ed erano paragonabili a un elettrodo epimisiale standard del settore disponibile in commercio (vedere la Tabella dei materiali). Incoraggiamo altri gruppi a modificare questi parametri in base alle loro esigenze, oltre a selezionare un elettrodo standard del settore affidabile che corrisponda al loro caso d’uso.

Nel tentativo di dare ai lettori un’idea relativamente rapida delle prestazioni dell’elettrodo, forniamo anche un esempio di un protocollo di test ex vivo con l’opzione di misurare l’impedenza dell’elettrodo. Inoltre, forniamo un esempio di valutazione delle prestazioni degli elettrodi in vivo. L’esperimento ex vivo ha confrontato l’elettrodo fabbricato su misura con uno standard industriale in un bagno salino per imitare condizioni fisiologiche stabili. L’impedenza è stata valutata anche ex vivo tramite spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS). L’esperimento in vivo consisteva nell’impianto chirurgico dell’elettrodo fabbricato su misura nel muscolo vasto laterale (VL) di una femmina di ratto Long Evans di 16 settimane (HsdBlu: LE, Envigo) per misurare il segnale EMG durante condizioni note per suscitare un segnale alto o basso (camminata in salita, in discesa). Per valutare l’affidabilità dell’elettrodo fabbricato su misura, la segnalazione EMG è stata acquisita durante la camminata a livello dopo il completo recupero chirurgico e prima del sacrificio (rispettivamente 14 giorni e 56 giorni dopo l’impianto). La colorazione con ematossilina-eosina (H&E) è stata condotta sul muscolo strumentato per valutare la biocompatibilità dell’elettrodo fabbricato su misura.