Preparazione degli elettrodi di stimolazione nervosa periferica per l'impianto cronico nei ratti

Recentemente, la domanda di elettrodi per bracciali cronicamente impiantabili per la stimolazione dei nervi periferici è cresciuta, poiché gli studi dimostrano sempre più l’utilità preclinica di questa tecnica per il trattamento di numerose malattie infiammatorie^1,2,3 e disturbi neurologici^{4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15}. Il VNS cronico, ad esempio, ha dimostrato di migliorare la plasticità neocorticale in una varietà di contesti di apprendimento, migliorando la riabilitazione motoria^4,5,6,7,8, l’apprendimento^{dell’estinzione 10,11,12,13,14}e la discriminazione sensoriale¹⁵. Gli elettrodi per bracciati nervosi periferici disponibili in vendita sono spesso associati a tempi prolungati per l’evasione degli ordini e a costi relativamente elevati, che possono limitarne l’accessibilità. In alternativa, i protocolli per la fabbricazione “in-house” di elettrodi per bracciali cronicamente impiantabili rimangono limitati e l’anatomia dei roditori presenta particolari sfide a causa delle loro piccole dimensioni. Gli attuali protocolli per la costruzione di elettrodi per i roditori cronici spesso richiedono l’uso di attrezzature e tecniche complesse, nonché di personale ampiamente addestrato. In questo protocollo, dimostriamo un approccio semplificato alla fabbricazione di elettrodi per bracciali basato sui metodi precedentemente pubblicati e ampiamente^{utilizzati 16,17}. Convalidiamo la funzionalità dei nostri elettrodi cronicamente impiantati nei ratti dimostrando che, al momento dell’impianto del polsino intorno al nervo vago cervicale sinistro, la stimolazione applicata agli elettrodi del bracciale ha prodotto con successo una cessazione della respirazione e della caduta in SpO2. Stimolazione di afferente recettore polmonare fibre vagali è noto per coinvolgere il riflesso Hering-Breuer, in cui l’inibizione di diversi nuclei respiratori nel tronco encefalico si traduce^{nell’ispirazione soppressione 18}. Così, la cessazione della respirazione coerente con il riflesso Hering-Breuer, e il conseguente calo in SpO2, forniscono un test semplice per un impianto di elettrodi corretto e la funzione del bracciale nei ratti aneti. Per convalidare la funzionalità a lungo termine degli elettrodi per bracciali impiantati cronicamente, le risposte riflesse sono state misurate al momento dell’impianto e confrontate con le risposte ottenute negli stessi animali sei settimane dopo l’impianto. Un secondo gruppo di ratti è stato impiantato con elettrodi a polsino VNS dopo l’allenamento comportamentale su un compito di pressione della leva. In questi ratti, VNS accoppiato con le prestazioni di attività corrette prodotto riorganizzazione della mappa motoria corticale, coerente con gli studi^{precedentemente pubblicati 19,20,21,22}. Al momento della mappatura corticale motoria in anestesia, che si è verificata 5-10 settimane dopo l’impianto del dispositivo, abbiamo ulteriormente convalidato la funzione del bracciale negli animali trattati con VNS confermando che il VNS ha indotto con successo una cessazione della respirazione e un calo superiore al 5% in SpO₂.

I protocolli recentemente pubblicati da Childs et al.¹⁷ e Rios et al.¹⁶ forniscono un punto di partenza ben convalidato per un approccio semplificato di fabbricazione di elettrodi per bracciali, poiché questo metodo popolare è stato utilizzato da più laboratori che conducono studi VNS cronici nei roditori^{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11}. Il metodo originale prevede diversi passaggi ad alta precisione per manipolare i microfili fini in modo tale che la fabbricazione di elettrodi per polsini richiede più di un’ora per essere completata e un’ampia formazione per funzionare in modo affidabile. L’approccio semplificato qui descritto richiede un numero significativamente inferiore di materiali e strumenti e può essere completato in meno di un’ora da personale con una formazione minima.