Eksisterende tilnærminger for å konstruere kronisk implanterbare perifere nervemansjetter for bruk hos små gnagere krever ofte spesialisert utstyr og / eller høyt utdannet personell. I denne protokollen demonstrerer vi en enkel, rimelig tilnærming for å fremstille kronisk implanterbare mansjettelektroder, og demonstrere deres effektivitet for vagus nervestimulering (VNS) hos rotter.
Perifere nerve cuff elektroder har lenge vært brukt i nevrovitenskap og relaterte felt for stimulering av for eksempel vagus eller isjiasnerver. Flere nyere studier har vist effektiviteten av kronisk VNS i å forbedre sentralnervesystemet plastisitet for å forbedre motorrehabilitering, utryddelseslæring og sensorisk diskriminering. Bygging av kronisk implanterbare enheter for bruk i slike studier er utfordrende på grunn av rotters lille størrelse, og typiske protokoller krever omfattende opplæring av personell og tidkrevende mikrofabrikasjonsmetoder. Alternativt kan kommersielt tilgjengelige implanterbare mansjettelektroder kjøpes til en betydelig høyere pris. I denne protokollen presenterer vi en enkel, rimelig metode for bygging av små, kronisk implanterbare perifere nervemansjettlektroder for bruk hos rotter. Vi validerer den kortsiktige og langsiktige påliteligheten til våre mansjettelektroder ved å demonstrere at VNS i ketamin / xyazine bedøvet rotter produserer reduksjon i pustefrekvens i samsvar med aktivering av Hering-Breuer refleks, både på tidspunktet for implantasjon og opptil 10 uker etter apparatimplantasjon. Vi viser videre egnetheten til mansjettelektrodene for bruk i kroniske stimuleringsstudier ved å pare VNS med dyktig spakpresseytelse for å indusere motorkortikal kartplastisitet.
Nylig har etterspørselen etter kronisk implanterbare mansjettelektroder for stimulering av perifere nerver vokst, da studier i økende grad viser den prekliniske nytten av denne teknikken for behandling av mange inflammatoriskesykdommer 1,2,3 og nevrologiskelidelser 4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15. Kronisk VNS, for eksempel, har vist seg å forbedre neokortikale plastisitet i en rekke læringssammenhenger, forbedre motor rehabilitering4,5,6,7,8, utryddelse læring10,11,12,13,14, og sensorisk diskriminering15. Kommersielt tilgjengelige perifere nervemansjetlektroder er ofte forbundet med utvidede tider for ordreoppfyllelse og relativt høye kostnader, noe som kan begrense tilgjengeligheten. Alternativt forblir protokoller for “in-house” fabrikasjon av kronisk implanterbare mansjettelektroder begrenset, og gnageranatomi presenterer spesielle utfordringer på grunn av deres lille størrelse. Nåværende protokoller for å konstruere mansjettelektroder for kroniske gnagereksperimenter krever ofte bruk av komplekst utstyr og teknikker, samt omfattende opplært personell. I denne protokollen demonstrerer vi en forenklet tilnærming til mansjettelektrodefabrikasjon basert på tidligere publiserte og mye bruktemetoder 16,,17. Vi validerer funksjonaliteten til våre kronisk implanterte elektroder hos rotter ved å demonstrere at på tidspunktet for mansjettimplantasjon rundt venstre cervical vagus nerve, stimulering brukt på mansjettelektrodene vellykket produsert en opphør av pust og fall i SpO2. Stimulering av afferent lungereseptor vagalfibre er kjent for å engasjere Hering-Breuer refleks, der hemming av flere respiratoriske kjerner i hjernestammen resulterer i undertrykkelse inspirasjon18. Dermed gir opphør av pusten i samsvar med Hering-Breuer-refleksen, og den resulterende nedgangen i SpO2, en enkel test for riktig elektrodeimplantasjon og mansjettfunksjon hos bedøvede rotter. For å validere den langsiktige funksjonaliteten til kronisk implanterte mansjettelektroder ble refleksresponser målt på implantasjonstiden og sammenlignet med svarene som ble oppnådd hos de samme dyrene seks uker etter implantasjon. En annen gruppe rotter ble implantert med VNS mansjettelektroder etter atferdstrening på en spakpressende oppgave. I disse rotter, VNS sammen med riktig oppgave ytelse produsert omorganisering av kortikale motor kartet, i samsvar med tidligere publiserte studier19,20,21,22. På tidspunktet for motorkortikale kartlegging under anestesi, som skjedde 5-10 uker etter implantasjon av enheten, validerte vi ytterligere mansjettfunksjonen hos VNS-behandlede dyr ved å bekrefte at VNS vellykket induserte en opphør av pusten og en større enn 5% nedgang i SpO2.
De nylig publiserte protokollene fra Childs et al.17 og Rios et al.16 gir et godt validert utgangspunkt for en forenklet mansjettelektrodefabrikasjon tilnærming, da denne populære metoden har blitt benyttet av flere laboratorier som utfører kroniske VNS-studier hos gnagere1,2,3,,4,5,6,7,8,9,10,11. Den opprinnelige metoden innebærer flere høypresisjonstrinn for å manipulere de fine mikroledningene slik at mansjettelektrodefabrikasjon tar over en time å fullføre, og omfattende opplæring for å utføre pålitelig. Den forenklede tilnærmingen som er beskrevet her krever betydelig færre materialer og verktøy og kan fullføres på under en time av minimalt opplært personell.
Her beskriver vi en enkel, rimelig tilnærming for montering av kronisk implanterbare stimulerende mansjettelektroder for bruk hos gnagere, noe som letter prekliniske undersøkelser av denne nye terapien. Denne forenklede metoden krever ingen spesialisert opplæring eller utstyr, og bruker et lite antall verktøy og forsyninger som er lett tilgjengelige for de fleste forskningslaboratorier, noe som reduserer både monetære og lønnskostnader for enhetsproduksjon sammenlignet med andre tilnærminger16,<…
The authors have nothing to disclose.
Dette arbeidet ble finansiert av University of Texas i Dallas og UT Board of Regents. Vi takker Solomon Golding, Bilaal Hassan, Marghi Jani og Ching-Tzu Tseng for teknisk assistanse.
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 |