Vorbereitung von peripheren Nervenstimulationselektroden für die chronische Implantation bei Ratten

In letzter Zeit ist die Nachfrage nach chronisch implantierbaren Manschettenelektroden zur Stimulation peripherer Nerven gestiegen, da Studien zunehmend die präklinische Nützlichkeit dieser Technik zur Behandlung zahlreicher entzündlicher Erkrankungen^1,2,3 und neurologische Erkrankungen^{4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15}. Chronische VNS, zum Beispiel, hat sich gezeigt, dass die neokortikale Plastizität in einer Vielzahl von Lernkontexten zu verbessern, Verbesserung der motorischen Rehabilitation^4,5,6,7,8, Aussterben lernen^{10,11,12,13,14}, und sensorische Diskriminierung¹⁵. Kommerziell erhältliche periphere Nervenmanschettenelektroden sind oft mit längeren Zeiten für die Auftragserfüllung und relativ hohen Kosten verbunden, die ihre Zugänglichkeit einschränken können. Alternativ bleiben die Protokolle für die “in-house” Herstellung von chronisch implantierbaren Manschettenelektroden begrenzt, und die Nagetieranatomie stellt aufgrund ihrer geringen Größe besondere Herausforderungen dar. Aktuelle Protokolle zur Konstruktion von Manschettenelektroden für chronische Nagetierexperimente erfordern oft den Einsatz komplexer Geräte und Techniken sowie eines intensiv geschulten Personals. In diesem Protokoll zeigen wir einen vereinfachten Ansatz für die Herstellung von Manschettenelektroden auf der Grundlage zuvor veröffentlichter und weit verbreiteter Methoden^16,17. Wir validieren die Funktionalität unserer chronisch implantierten Elektroden bei Ratten, indem wir zeigen, dass zum Zeitpunkt der Manschettenimplantation um den linken Hals-Emeritus-Nerv die Stimulation der Manschettenelektroden erfolgreich zu einem Abbruch der Atmung und des Tropfens SpO2 führte. Die Stimulation der afferenten Pulmonator-Vagalfasern ist dafür bekannt, den Hering-Breuer-Reflex zu beeinflussen, bei dem die Hemmung mehrerer Atemkerne im Hirnstamm zur Unterdrückungsinspiration¹⁸führt. Somit bieten die Einstellung der Atmung im Einklang mit dem Hering-Breuer-Reflex und dem daraus resultierenden Rückgang in SpO2 einen einfachen Test für die richtige Elektrodenimplantation und Manschettenfunktion bei betääuten Ratten. Um die Langzeitfunktionalität chronisch implantierter Manschettenelektroden zu validieren, wurden reflexartige Reaktionen zum Zeitpunkt der Implantation gemessen und mit den Reaktionen verglichen, die bei denselben Tieren sechs Wochen nach der Implantation erhalten wurden. Eine zweite Gruppe von Ratten wurde nach einem Verhaltenstraining an einer Hebelpressaufgabe mit VNS-Manschettenelektroden implantiert. Bei diesen Ratten führte VNS gepaart mit der korrekten Aufgabenleistung zu einer Reorganisation der kortikalen Motorkarte, die mit den zuvor veröffentlichten Studien^19,20,21,22übereinstimmte. Zum Zeitpunkt der motorkortikalen Kartierung unter Narkose, die 5–10 Wochen nach der Implantation des Geräts stattfand, validierten wir die Manschettenfunktion bei VNS-behandelten Tieren weiter, indem wir bestätigten, dass VNS erfolgreich eine Einstellung der Atmung und einen Rückgang von mehr als 5 % in SpO₂induzierte.

Die kürzlich veröffentlichten Protokolle von Childs et al.¹⁷ und Rios et al.¹⁶ bieten einen gut validierten Ausgangspunkt für einen vereinfachten Ansatz zur Herstellung von Manschettenelektroden, da diese beliebte Methode von mehreren Labors verwendet wurde, die chronische VNS-Studien an Nagetieren^{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11}. Das ursprüngliche Verfahren umfasst mehrere hochpräzise Schritte zur Manipulation der feinen Mikrodrähte, so dass die Herstellung von Manschettenelektroden mehr als eine Stunde dauert, und umfangreiches Training, um zuverlässig zu arbeiten. Der hier beschriebene vereinfachte Ansatz erfordert deutlich weniger Materialien und Werkzeuge und kann in weniger als einer Stunde von minimal geschultem Personal absolviert werden.