Befintliga tillvägagångssätt för att konstruera kroniskt implanterbara perifera nervmanschettelektroder för användning i små gnagare kräver ofta specialiserad utrustning och / eller högt utbildad personal. I detta protokoll visar vi en enkel, låg kostnad tillvägagångssätt för fabricering kroniskt implanterbara manschettelektroder, och visa deras effektivitet för vagus nerv stimulering (VNS) hos råttor.
Perifera nervmanschettelektroder har länge använts inom neurovetenskaperna och relaterade områden för stimulering av till exempel vagus eller sciatic nerver. Flera nyligen genomförda studier har visat effektiviteten av kronisk VNS för att förbättra centrala nervsystemet plasticitet för att förbättra motor rehabilitering, utrotning lärande och sensorisk diskriminering. Konstruktion av kroniskt implanterbara enheter för användning i sådana studier är utmanande på grund av råttors ringa storlek, och typiska protokoll kräver omfattande utbildning av personal och tidskrävande mikrofabrikationsmetoder. Alternativt kan kommersiellt tillgängliga implanterbara manschettelektroder köpas till en betydligt högre kostnad. I detta protokoll presenterar vi en enkel, billig metod för konstruktion av små, kroniskt implanterbara perifera nervmanschettelektroder för användning på råttor. Vi validerar den korta och långsiktiga tillförlitligheten hos våra manschettelektroder genom att visa att VNS i ketamin/xylazin sövda råttor producerar minskar i andningshastighet överensstämmer med aktivering av Hering-Breuer reflex, både vid tidpunkten för implantation och upp till 10 veckor efter enheten implantation. Vi visar ytterligare lämpligheten av manschetten elektroder för användning i kronisk stimulering studier genom att para VNS med skickliga spaken tryck prestanda för att inducera motor när kartan plasticitet.
Nyligen har efterfrågan på kroniskt implanterbara manschettelektroder för stimulering av perifera nerver vuxit, eftersom studier allt mer visar den prekliniska nyttan av denna teknik för behandling av ett flertal inflammatoriska sjukdomar1,2,3 och neurologiska sjukdomar4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15. Kronisk VNS, till exempel, har visat sig förstärka neokortikal plasticitet i en mängd olika lärande sammanhang, förbättra motor rehabilitering4,5,6,7,8, utrotning lärande10,11,12,13,14, och sensorisk diskriminering15.8 Kommersiellt tillgängliga perifera nervmanschettelektroder är ofta förknippade med förlängda tider för orderuppfyllande och relativt höga kostnader, vilket kan begränsa deras tillgänglighet. Alternativt, protokoll för “in-house” tillverkning av kroniskt implanterbara manschetten elektroder förblir begränsad, och gnagare anatomi presenterar särskilda utmaningar på grund av sin ringa storlek. Nuvarande protokoll för att konstruera manschettelektroder för kroniska gnagare experiment kräver ofta användning av komplex utrustning och tekniker, samt omfattande utbildad personal. I detta protokoll visar vi en förenklad strategi för manschetten elektrod fabricering baserad på tidigare publicerade och allmänt använda metoder16,17. Vi validerar funktionaliteten hos våra kroniskt implanterade elektroder hos råttor genom att visa att, vid tidpunkten för manschettimplantation runt den vänstra massundersökning vagusnerven, stimulering tillämpas på manschetten elektroder framgångsrikt fram ett upphörande av andning och släpp i SpO2. Stimulering av afferenta pulmonell receptor vagala fibrer är känt för att engagera Hering-Breuer reflex, där hämningen av flera andningskärnor i hjärnstammen resulterar i dämpning inspiration18. Således, upphörande av andningen överensstämmer med Hering-Breuer reflex, och den resulterande nedgången i SpO2, ger en enkel test för korrekt elektrod implantation och manschetten funktion i sövda råttor. För att validera den långsiktiga funktionaliteten hos kroniskt implanterade manschettelektroder mättes reflexsvar vid tidpunkten för implantationen och jämfördes med de svar som erhölls hos samma djur sex veckor efter implantation. En andra grupp av råttor var implanteras med VNS manschett elektroder efter beteendemässiga utbildning på en hävstång trycka uppgift. Hos dessa råttor, VNS ihopkopplade med korrekt uppgift prestanda produceras omorganisation av den kortikala motor kartan, överensstämmer med tidigare publiceradestudier 19,20,21,22. Vid tidpunkten för motor när kartläggning under anestesi, som inträffade 5–10 veckor efter anordning implantation, vi validerade vidare manschettfunktion i VNS-behandlade djur genom att bekräfta att VNS framgångsrikt inducerade ett upphörande av andningen och en större än 5% nedgång i SpO2.
De nyligen publicerade protokollen från Childs et al.17 och Rios et al.16 ger en väl validerad utgångspunkt för en förenklad manschetten elektrod fabrication strategi, eftersom denna populära metod har utnyttjats av flera laboratorier genomföra kroniskA VNS studier i gnagare1,2,3,4,5,6,7,8,99,10,11. Den ursprungliga metoden innebär flera hög precision steg för att manipulera de fina mikrotrådar så att manschetten elektrod tillverkning tar över en timme att slutföra, och omfattande utbildning för att utföra tillförlitligt. Det förenklade tillvägagångssätt som beskrivs här kräver betydligt färre material och verktyg och kan slutföras på under en timme av minimalt utbildad personal.
Här beskriver vi en enkel, låg kostnad tillvägagångssätt för montering av kroniskt implanterbara stimulerande manschett elektroder för användning i gnagare, underlätta prekliniska undersökningar av denna framväxande terapi. Denna förenklade metod kräver ingen specialiserad utbildning eller utrustning, och använder ett litet antal verktyg och förnödenheter som är lättillgängliga för de flesta forskningslaboratorier, vilket minskar både de monetära och arbetskostnader för enhetstillverkning jämfört…
The authors have nothing to disclose.
Detta arbete finansierades av University of Texas i Dallas och UT Board of Regents. Vi tackar Solomon Golding, Bilaal Hassan, Marghi Jani och Ching-Tzu Tseng för tekniskt bistånd.
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 |