Summary

Préparation d’électrodes de stimulation nerveuse périphérique pour l’implantation chronique chez les rats

Published: July 14, 2020
doi:

Summary

Les approches existantes pour la construction d’électrodes de manchette périphériques implantables chroniques pour une utilisation chez les petits rongeurs nécessitent souvent un équipement spécialisé et/ou un personnel hautement qualifié. Dans ce protocole, nous démontrons une approche simple et peu coûteuse pour fabriquer des électrodes de manchette chroniquement implantables, et démontrons leur efficacité pour la stimulation de nerf vague (VNS) chez les rats.

Abstract

Les électrodes périphériques de manchette de nerf ont longtemps été employées dans les neurosciences et les champs connexes pour la stimulation, par exemple, des nerfs vagues ou sciatiques. Plusieurs études récentes ont démontré l’efficacité de VNS chronique dans l’amélioration de la plasticité du système nerveux central pour améliorer la réadaptation motrice, l’apprentissage de l’extinction, et la discrimination sensorielle. La construction de dispositifs implantables chroniques pour une utilisation dans de telles études est difficile en raison de la petite taille des rats, et les protocoles typiques nécessitent une formation approfondie du personnel et des méthodes de microfabrication chronophages. Alternativement, les électrodes implantables de manchette disponibles dans le commerce peuvent être achetées à un coût sensiblement plus élevé. Dans ce protocole, nous présentons une méthode simple et peu coûteuse pour la construction de petites électrodes de manchette périphériques chroniquement implantables pour une utilisation chez les rats. Nous validons la fiabilité à court et à long terme de nos électrodes de manchette en démontrant que VNS dans la kétamine/xylazine anesthésié rats produit des diminutions du taux de respiration compatible avec l’activation du réflexe Hering-Breuer, à la fois au moment de l’implantation et jusqu’à 10 semaines après l’implantation de l’appareil. Nous démontrons en outre la pertinence des électrodes de manchette pour une utilisation dans les études de stimulation chronique en associant VNS avec la performance habile de presse de levier pour induire la plasticité corticale de carte de moteur.

Introduction

Récemment, la demande d’électrodes de manchettes chroniquement implantables pour la stimulation des nerfs périphériques a augmenté, car les études démontrent de plus en plus l’utilité préclinique de cette technique pour le traitement de nombreuses maladies inflammatoires1,2,3 et troubles neurologiques4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15. Chronique VNS, par exemple, a été montré pour améliorer la plasticité néocorticale dans une variété de contextes d’apprentissage, l’amélioration de la réadaptation motrice4,5,6 ,76,,8, l’apprentissage de l’extinction10,11,12,13,14, et la discrimination sensorielle15. Les électrodes périphériques de manchette périphériques disponibles dans le commerce sont souvent associées à des délais prolongés pour l’exécution des commandes et à des coûts relativement élevés, ce qui peut limiter leur accessibilité. Alternativement, les protocoles pour la fabrication « en interne » des électrodes de manchette chroniquement implantables restent limités, et l’anatomie de rongeur présente des défis particuliers en raison de leur petite taille. Les protocoles actuels pour la construction d’électrodes de manchette pour des expériences chroniques de rongeurs exigent souvent l’utilisation d’équipements et de techniques complexes, ainsi que du personnel hautement qualifié. Dans ce protocole, nous démontrons une approche simplifiée de la fabrication d’électrodes de manchette basée sur des méthodes précédemment publiées et largement utilisées16,17. Nous validons la fonctionnalité de nos électrodes chroniquement implantées chez les rats en démontrant qu’au moment de l’implantation de manchette autour du nerf vague cervical gauche, la stimulation appliquée aux électrodes de manchette a réussi à produire un arrêt de la respiration et de la baisse dans SpO2. La stimulation des fibres vagales de récepteur pulmonaire afférent est connue pour engager le réflexe d’Hering-Breuer, dans lequel l’inhibition de plusieurs noyaux respiratoires dans le tronc cérébral a comme conséquence l’inspiration de suppression18. Ainsi, l’arrêt de la respiration compatible avec le réflexe Hering-Breuer, et la baisse résultante dans SpO2, fournissent un test simple pour l’implantation d’électrode appropriée et la fonction de manchette dans les rats anesthésiés. Pour valider la fonctionnalité à long terme des électrodes de manchette chroniquement implantées, les réponses réflexes ont été mesurées au moment de l’implantation et comparées aux réponses obtenues chez les mêmes animaux six semaines après l’implantation. Un deuxième groupe de rats a été implanté avec des électrodes de manchette de VNS après l’entraînement comportemental sur une tâche pressante de levier. Chez ces rats, VNS jumelé à des performances de tâche correctes a produit la réorganisation de la carte motrice corticale, compatible avec les études précédemment publiées19,20,21,22. Au moment de la cartographie corticale motrice sous anesthésie, qui s’est produite 5 à 10 semaines après l’implantation de l’appareil, nous avons encore validé la fonction de manchette chez les animaux traités par VNS en confirmant que VNS a réussi à provoquer un arrêt de la respiration et une baisse de plus de 5% dans Spo2.

Les protocoles récemment publiés de Childs et al.17 et Rios et coll.16 fournissent un point de départ bien validé pour une approche simplifiée de fabrication d’électrodes de manchette, car cette méthode populaire a été utilisée par plusieurs laboratoires menant des études VNS chroniques chez les rongeurs1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11. La méthode originale implique plusieurs étapes de haute précision pour manipuler les microfils fins de telle sorte que la fabrication d’électrodes de manchette prend plus d’une heure à compléter, et une formation approfondie pour effectuer de manière fiable. L’approche simplifiée décrite ici nécessite beaucoup moins de matériaux et d’outils et peut être complétée en moins d’une heure par du personnel peu formé.

Protocol

Toutes les procédures décrites dans ce protocole sont effectuées conformément au Guide des NIH pour le soin et l’utilisation des animaux de laboratoire et ont été approuvées par le Comité institutionnel de soins et d’utilisation des animaux de l’Université du Texas à Dallas. 1. Stimuler la fabrication d’électrodes de manchette Préparer le tube de manchette. À l’aide d’une lame de rasoir, couper un morceau de tube en polymère de 2,5 mm de longueur. In…

Representative Results

Les électrodes et les headcaps de manchette de nerf de Vagus ont été chroniquement implantés chez des rats selon des procédures chirurgicales précédemmentéditées 17,19,20,21,22. Avant l’implantation, l’impédance à 1 kHz a été mesurée à travers les fils de manchette avec le tube de manchette submergé en solution saline (impédance = 1,2 ± 0…

Discussion

Ici, nous décrivons une approche simple et peu coûteuse pour l’assemblage des électrodes de manchette stimulante chroniquement implantables pour une utilisation chez les rongeurs, facilitant les investigations précliniques de cette thérapie émergente. Cette méthode simplifiée ne nécessite aucune formation ou équipement spécialisé, et utilise un petit nombre d’outils et de fournitures qui sont facilement accessibles à la plupart des laboratoires de recherche, réduisant à la fois les coûts monétaires e…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Ces travaux ont été financés par l’Université du Texas à Dallas et le Conseil des régents de l’UT. Nous remercions Solomon Golding, Bilaal Hassan, Marghi Jani et Ching-Tzu Tseng pour leur assistance technique.

Materials

Biocompatible polyurethane-based polymer tubing, 0.080" OD x 0.040" ID Braintree Scientific MRE080 36 FT
Dissecting microscope AM Scopes #SM-6T-FRL
Fine Serrated Scissors, straight, 22mm cutting edge Fine Science Tools #14058-09 for cutting Pt/Ir wire and suture thread
Forceps, #5 Dumont forceps, straight, 11 cm, 0.1 x 0.06 mm tip Fine Science Tools #11626-11
Forceps, ceramic tipped forceps, 0.3 mm x 30 mm tips Electron Microscopy Sciences #78127-71
Gold Pins, PCB Press Fit Socket Mill-Max #1001-0-15-15-30-27-04-0 or similar small pins for connecting cuff leads to headcap
Isobutane lighter BIC #LCP21-AST for de-insulating Pt/Ir wire
Micro strip connector with latch, 4-pin Omnetics A24002-004 / PS1-04-SS-LT
Pipette tip, 10 uL VWR 89079-464
Platinum-Iridium (90/10%) Wire, 0.001" (diameter) x 9 strands, PTFE insulated Sigmund Cohn 10IR9/49T
Razor Blade, Single Edge, Surgical Carbon Steel No.9 VWR #55411-050 for cutting MicroRenathane tubing
Sewing needle, ca. 4.0 cm length x 0.7 mm diameter (size 6-7) Singer 00276 Smaller needle for threading Pt/Ir wire
Sewing needle, ca. 4.5 cm length x 0.8 mm diameter (size 2-3) Singer 00276 Larger needle for pinning cuff during assembly and for threading suture
Small foam board Juvo+/Amazon B07C9637SJ for fabrication platform; our dimensions are ca. 2.5" x 3.5" x 1" (L x W x H)
Solder, multicore lead-free, 0.38mm diameter Loctite/Multicore #796037
Soldering station Weller WES51 or similar soldering iron compatible with long conical tips (this part has been discontinued)
Soldering tip, long conical, 0.01" / 0.4 mm Weller 1UNF8
Suture, nonabsorbable braided silk ,size 6/0 Fine Science tools #18020-60
UV (405 nm) spot light Henkel/Loctite #2182207
UV Light Cure Adhesive 25 ml Henkel/Loctite AA 3106 or similar biocompatible UV cure adhesive
Wire wrapping wire, 30 AWG Digikey K396-ND

Referências

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Citar este artigo
Sanchez, C. A., Brougher, J., Rahebi, K. C., Thorn, C. A. Preparation of Peripheral Nerve Stimulation Electrodes for Chronic Implantation in Rats. J. Vis. Exp. (161), e61128, doi:10.3791/61128 (2020).

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