低コストのエピミジオル筋電図電極の開発:製造と試験のための簡素化されたワークフロー

筋電図検査(EMG)は、筋肉の電気的活動を研究するための強力なツールです。EMG記録は、神経筋機能障害を治療するための介入の有効性を評価するために、前臨床動物モデルで特に役立ちます。これらのモデルでは、運動ニューロンと筋線維の間の神経生理学的界面を評価するために、埋め込み型生体適合性電極が一般的に使用されています。これらの埋め込み型電極は、筋肉の興奮を局所的に測定することができ、その構成、形状、および材料の点で多様であり、最適な設計は最終的に場所と使用目的によって決定されます。

前臨床モデルにおける筋興奮の評価に適しているにもかかわらず、エピミズム電極の使用はコストによって制限される可能性があります。その結果、多くの研究者は、自社で製造されたカスタムメイドのエピミシアル電極を使用しています。電極の製造、試験、および使用に関する基本的な考慮事項を詳述したリソースは存在します^{が 1,2}、最新の方法を使用したエピミシアル電極の調達、製造、および検証を詳述した最新の教育ガイドが必要です。Loeb と Gans³ などの電極理論の基礎研究に基づいて、低コストのエピミシアル電極の調達と製造に関する最新の指示を提示し、一連の ex vivo および in vivo 実験でその性能をテストします。その目的は、科学界の他の人々が動物用の低コストのエピミジア電極を社内で調達、製造、およびテストするためのユーザーフレンドリーなガイドを提供することであり、前臨床モデルにおける筋肉興奮のより広範な定量化を可能にすることです。

このプロトコルでは、現代の電気生理学研究室で動物が使用するエピミシアル電極の調達、製造、および試験に関する指導ガイドを提供します。形状、寸法、接触表面積、電極間距離、リード長など、製造用に選択された電極パラメータは、実験ニーズに合わせて選択され、市販の業界標準のエピミジアル電極と同等でした( 材料の表を参照)。他のグループには、これらのパラメータをニーズに合わせて変更するだけでなく、ユースケースに適した信頼性の高い業界標準の電極を選択することをお勧めします。

読者に電極性能を比較的迅速に理解していただくために、電極インピーダンスを測定するオプションを備えた ex vivo 試験プロトコルの例も提供しています。さらに、 in vivoでの電極性能の評価を例に挙げます。 ex vivo 実験では、カスタム作製の電極を生理食塩水浴で業界標準と比較し、安定した生理学的条件を模倣しました。インピーダンスは、電気化学インピーダンス分光法(EIS)を介して ex vivo でも評価されました。 in vivo 実験は、16週齢の雌Long Evansラット(HsdBlu:LE、Envigo)の外側広筋(VL)にカスタム作製の電極を外科的に移植して、高信号または低信号(上り坂、下り坂の歩行)を誘発することが知られている条件下でEMG信号を測定することで構成されました。カスタム作製電極の信頼性を評価するために、EMGシグナル伝達は、完全な外科的回復後および犠牲前(それぞれ移植後14日および56日)のレベルウォーキング中に取得されました。ヘマトキシリン-エオシン(H&E)染色を計装した筋肉に対して実施し、カスタム作製電極の生体適合性を評価しました。