Voorbereiding van perifere zenuwstimulatie elektroden voor chronische implantatie bij ratten

Onlangs is de vraag naar chronisch implanteerbare manchetelektrode voor stimulatie van perifere zenuwen toegenomen, omdat studies steeds vaker het preklinische nut van deze techniek voor de behandeling van talrijke ontstekingsziekten^{aantonen 1,2,3} en neurologische aandoeningen^{4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15}. Zo is aangetoond dat chronische VNS de neocorticale plasticiteit in verschillende leercontexten verbetert, de motorische revalidatie^{verbetert 4,5,6,7},^8,extinction learning^{10,11,12,13,14}en sensorische discriminatie¹⁵. Commercieel beschikbare perifere zenuw manchetelektrodes worden vaak geassocieerd met langere tijden voor orderafhandeling en relatief hoge kosten, die hun toegankelijkheid kunnen beperken. Als alternatief blijven protocollen voor “in-house” fabricage van chronisch implanteerbare manchetelektrodes beperkt en de anatomie van knaagdieren stelt bijzondere uitdagingen voor vanwege hun kleine omvang. De huidige protocollen voor de bouw van manchetelektrodegen voor chronische knaagdierexperimenten vereisen vaak het gebruik van complexe apparatuur en technieken, evenals uitgebreid opgeleid personeel. In dit protocol demonstreren we een vereenvoudigde benadering van manchetelelektrodefabricage op basis van eerder gepubliceerde en veelgebruikte methoden^16,17. We valideren de functionaliteit van onze chronisch geïmplanteerde elektroden bij ratten door aan te tonen dat, op het moment van manchetimplantatie rond de linker cervicale vaguszenuw, stimulatie toegepast op de manchetelektroden met succes een stopzetting van de ademhaling en daling van SpO2 veroorzaakte. Stimulatie van afferent longreceptor vagalvezels is bekend dat de Hering-Breuer reflex, waarbij de remming van verschillende ademhalingskernen in de hersenstam resulteert in de onderdrukking inspiratie¹⁸. Zo, stopzetting van de ademhaling in overeenstemming met de Hering-Breuer reflex, en de resulterende daling van SpO2, bieden een eenvoudige test voor een goede elektrode implantatie en manchet functie bij verdoofde ratten. Om de langetermijnfunctionaliteit van chronisch geïmplanteerde manchetelektrodes te valideren, werden reflexreacties gemeten op het moment van implantatie en vergeleken met de reacties die bij dezelfde dieren zes weken na de implantatie werden verkregen. Een tweede groep ratten werd geïmplanteerd met VNS manchetelektrodes na gedragstraining op een hefboom drukkende taak. Bij deze ratten produceerde VNS in combinatie met de juiste taakprestaties een reorganisatie van de corticale motorkaart , in overeenstemming met eerder gepubliceerde studies^19,20,21,22. Op het moment van motorische corticale mapping onder narcose, die 5-10 weken na implantatie van het apparaat plaatsvond, hebben we de manchetfunctie bij met VNS behandelde dieren verder gevalideerd door te bevestigen dat VNS met succes een stopzetting van de ademhaling en een daling van meer dan 5% in SpO₂veroorzaakte.

De onlangs gepubliceerde protocollen van Childs et al.¹⁷ en Rios et al.¹⁶ bieden een goed gevalideerd uitgangspunt voor een vereenvoudigde manchetelelektrodefabricatiebenadering, aangezien deze populaire methode is gebruikt door meerdere laboratoria die chronische VNS-onderzoeken uitvoeren bij knaagdieren^{1,2,3,4,5,6,7,}8^,99,10,11. De oorspronkelijke methode omvat verschillende hoge precisie stappen voor het manipuleren van de fijne microdraden zodanig dat manchetelelektrode fabricage duurt meer dan een uur in beslag, en uitgebreide training om betrouwbaar uit te voeren. De hier beschreven vereenvoudigde aanpak vereist aanzienlijk minder materialen en gereedschappen en kan in minder dan een uur worden voltooid door minimaal opgeleid personeel.