Implantatie van opto-elektronische apparaten in het ruggenmerg van knaagdieren

Alle procedures werden uitgevoerd volgens de richtlijnen van de Canadian Council for Animal Care en stonden onder toezicht van het Animal Care Committee van de University of British Columbia. Vrouwelijke Long-Evans-ratten, met een gewicht van 350-450 g en 6-8 maanden oud, werden in groepen gehuisvest (21 °C; 12 h:12 h lichtcyclus) en kregen ad libitum toegang tot een standaard knaagdierdieet voor en na de operatie. De details van de reagentia en apparatuur die voor dit onderzoek zijn gebruikt, staan vermeld in de materiaaltabel. 1. Preoperatieve voorbereiding Steriliseer alle chirurgische instrumenten met behulp van een autoclaaf. Verdoof het dier met isofluraan (5% voor inductie en 2% voor onderhoud) toegediend in zuurstof met een debiet van 1 l/min. Breng het dier over van de inductiekamer naar een verwarmingskussen en sluit onmiddellijk de isofluraan neuskegel aan. Controleer of het dier onder een chirurgische anesthesie ligt door ervoor te zorgen dat de teenknijpreflex op beide benen volledig is verdwenen. Scheer de rug van de rat beginnend bij de basis van de oren, zoals weergegeven in figuur 2A. Breng een ruime hoeveelheid steriele oogzalf aan op de ogen en injecteer buprenorfine (verdund tot 0,03 mg/kg) en 10 ml ringers met lactaatvoeding subcutaan (opgewarmd tot lichaamstemperatuur). Veeg het geschoren gebied af met antiseptische chirurgische scrub (chloorhexidine) gevolgd door isopropylalcohol in een cirkelvormige beweging, beginnend vanuit het midden van het geschoren gebied en verbreed de cirkeldiameter. Herhaal het zeep/alcoholproces nog twee keer. Zet het dier vast in een stereotaxisch frame en positioneer de kop met behulp van gesmeerde oorbalken voor stabiliteit (Figuur 2A).OPMERKING: Zorg gedurende de hele procedure consequent voor thermische ondersteuning, controleer de anesthesiediepte via een teenknijpreflex en bewaak de vitale functies. Leg een steriel chirurgisch laken op het dier. 2. Blootstelling aan het cervicale ruggenmerg Begin met een steriele tang met het palperen van de schedelbasis. Voel voor een prominente processus spinosus die zich rostrocaudaal uitstrekt in de buurt van de basis van de schedel; dit is C214 (figuren 1B en 2B). Ga verder met palpatie caudaal naar C2 om een opmerkelijk scherp en puntig processus spinosus te vinden, herkenbaar als T215 (figuren 1B en figuur 2C). Maak met een scalpel een incisie in de huid, beginnend bij C2 en caudaal verlengd over ongeveer 1,5 cm (Figuur 2D).OPMERKING: De incisiegrootte kan variëren tussen dieren van verschillende groottes. Zorg ervoor dat de anatomische oriëntatiepunten van tevoren worden geïdentificeerd en ga dienovereenkomstig te werk. Snijd met het scalpel voorzichtig door de onderhuidse vetlaag om de intacte onderliggende dorsale spieren bloot te leggen. Zodra de rugspieren bloot liggen, voert u een stompe dissectie uit door ze uit elkaar te trekken van de middellijn met behulp van twee Adson-pincetten (Figuur 2E).OPMERKING: Het is belangrijk om een stompe dissectie uit te voeren (de spiervezels uit elkaar trekken) in plaats van de spieren door te snijden om het bloeden te minimaliseren. Adequate blootstelling van de dorsale musculatuur zou een bolvormige spier moeten onthullen (Figuur 2G). Deze spier bedekt C2 volledig en gedeeltelijk C3. Til met behulp van rongeuren en een steriele tang een huidflap onmiddellijk caudaal op naar het ingesneden gebied. Gebruik rongeurs om een kleine onderhuidse zak te maken – dit zal de locatie voor het apparaat zijn (Figuur 2F).NOTITIE: De onderhuidse zak moet groter zijn dan het apparaat zelf. Het wordt aanbevolen dat de chirurg(en) zich verplaatsen om naar voren naar het dier te kijken om de controle en zichtbaarheid bij het openen van de onderhuidse zak te verbeteren. Plaats een retractor om de wervelkolom bloot te leggen (Figuur 2G). Verwijder met behulp van rongeuren alle resterende spieren of weefsels die de wervels bedekken en begin met het identificeren van de ruggenmergsegmenten. Direct caudaal ten opzichte van de bolvormige spier is C4, gevolgd door C5 en C6 (Figuur 2G-I). Spoel het operatiegebied na voltooiing af met steriele zoutoplossing en droog het af met steriel gaas.OPMERKING: De balvormige spier omhult C2 volledig en strekt zich gedeeltelijk uit over C3. Het ruggenmergsegment dat er direct caudaal mee is, met minimaal contact, wordt aangeduid als C4. Voer laminectomieën uit, afhankelijk van het beoogde doel van de sonde.Voer voor een sonde onder de lamina een laterale laminectomie uit op C5 en C6, waarbij een gelateraliseerde opening in de lamina wordt gecreëerd voor toekomstige plaatsing van de sonde (Figuur 2H, aanvullende figuur 1A). Voer voor een sonde over de lamina een mediale laminectomie van C5 uit, waarbij u ervoor zorgt dat de laterale aspecten van de processus spinosus niet worden verwijderd – maar dat alleen een mediale route voor de plaatsing van de sonde wordt blootgelegd (Figuur 2I, aanvullende figuur 1B). Spoel het gebied na de laminectomie af met steriele zoutoplossing en droog het af met steriel gaasje om eventuele botresten te verwijderen.OPMERKING: Bij het uitvoeren van de laminectomie is het van cruciaal belang om de rongeurs tegen het bot te duwen en neerwaartse bewegingen te vermijden om schade aan de streng te voorkomen. 3. Epidurale plaatsing van het apparaat Houd het steriele apparaat vast met een steriele pincet met plastic punt (Figuur 3A) en duw het in de onderhuidse opening die eerder in stap 2.9 is gemaakt.NOTITIE: Het is van cruciaal belang om het apparaat niet aan te raken met niet-steriele handschoenen/gereedschap om de steriliteit van het apparaat te behouden. Gebruik de daarvoor bestemde steriele tang voor het plaatsen en positioneren van het apparaat onder de huid. Hecht of lijm het apparaat aan de aangrenzende spierlaag om het stevig vast te houden (Figuur 3B).NOTITIE: Gebruik niet-resorbeerbare hechtingen als u het apparaat aan de spieren hecht. Anders is het apparaat vatbaar voor beweging na opname van de hechting in het lichaam. Als u lijm gebruikt, zorg dan voor de stabiliteit en biocompatibiliteit van de lijm op lange termijn. Bevestig het apparaat niet aan de onderhuidse vet-/vetlaag om betrouwbare verankeringspunten te garanderen.Plan de lichaamshouding van het apparaat voordat u doorgaat met deze stap. Aangezien het apparaat permanent wordt bevestigd, kunnen er problemen ontstaan met de plaatsing van de sonde (stap 3.4) als het apparaat te dichtbij of te ver van het gewenste niveau bij het ruggenmerg wordt geplaatst. Plaats het oprolmechanisme rond het ruggenmerg en open een geschikt venster om de sonde op het ruggenmerg te plaatsen. Plaatsing van de sonde:Plaatsing van de sonde onder de lamina: Steek de sonde voorzichtig in met een pincet met plastic punt onder de (C5 en C6) laminae door deze door de gelateraliseerde kanalen te schuiven die in stap 2.9.1 zijn gemaakt (Figuur 3D). Plaatsing van de sonde over het ruggenmerg:Stel de sonde af met een pincet met plastic punt om uit te lijnen en plaats de sondepunt op het mediale venster dat in stap 2.9.2 op C5 is gemaakt (Figuur 3C). Bereid cement in een steriele, kleine en bij voorkeur keramische container voor door een schep tandheelkundig cementpoeder, 3 druppels hightech vet en een druppel katalysator te mengen. Meng met steriele tandenstokers tot een stroperige consistentie is bereikt.OPMERKING: Het wordt ten zeerste aanbevolen dat een persoon die de operatie niet uitvoert, het cement voorbereidt, zodat de chirurg de sonde op zijn plaats kan houden en het gewenste gebied onmiddellijk kan drogen voordat het cement wordt aangebracht. Deze stap is tijdgevoelig. Zorg ervoor dat de chirurg de sonde positioneert voordat hij het cement voorbereidt. Zodra de katalysator is aangebracht, zal het cement te veel dikker worden om effectief aan het bot te hechten als er een vertraging optreedt. Oefen voorafgaand aan de operatie met het cement om ervoor te zorgen dat de juiste consistentie wordt bereikt voordat u het op de sonde/het bot plaatst. Droog het beoogde cementeergebied op de wervels volledig af om een betrouwbaar ankerpunt te maken. Breng 1-2 druppels tandcement aan op het uiteinde van de sonde, die bovenop het beoogde wervelniveau moet worden geplaatst, in dit geval C4 (Figuur 3C,D).OPMERKING: Het is van cruciaal belang dat de wervels zo droog mogelijk zijn voordat ze worden gecementeerd. Anders hecht het cement niet en wordt de sonde niet vastgezet. Pauzeer 30 s en raak het cement voorzichtig aan om te controleren of het is uitgehard. Als het cement niet volledig is uitgehard, wacht dan nog eens 20 s en breng vers gemaakt cement opnieuw aan totdat de sonde stevig aan het bot is bevestigd.OPMERKING: Het cement heeft zich goed gehecht als het hard en stijf aanvoelt.LET OP: Als u het cement aanbrengt terwijl het te vloeibaar is, kan het in het ruggenmergweefsel tussen de wervels sijpelen. Als dit gebeurt, wacht dan ongeveer 10 s totdat het cement is ingedikt tot een meer gomachtige consistentie voordat u voorzichtig een tang gebruikt om cement te verwijderen dat in contact is gekomen met het ruggenmerg. 4. Postoperatieve ingrepen Zodra de operatie is voltooid, hecht u de incisieplaats met behulp van 5-0 vicryl-hechtingen. Haal het dier voorzichtig uit het stereotaxische apparaat en breng het over naar een verwarmde verkoeverkamer. Geef het dier de eerste 3-5 dagen na de operatie zacht, bevochtigd voer, traktaties en hydrogelwater. Controleer het dier tweemaal daags grondig tijdens de eerste week na de operatie. Dien buprenorfine en opgewarmde Ringer-injecties met lactaatvoeding tweemaal daags toe gedurende de volgende 2 dagen, of langer als de tekenen van pijn aanhouden. Ga door met dagelijkse controles totdat het dier geen klinische gezondheidsproblemen vertoont. Controleer het dier daarna minstens één keer per week. (Optioneel) Omtrek de omtrek van het apparaat op de huid na de operatie en het sluiten van de incisie voor een visuele indicatie van de locatie van het apparaat in het lichaam (Figuur 4A).OPMERKING: Deze stap is vooral handig wanneer het apparaat externe toegang vereist, zoals apparaten die draadloos moeten worden gevoed via een externe zender waarbij antennekoppeling van cruciaal belang is, of pompen voor medicijnafgifte die via de huid moeten worden bijgevuld 16,17,18.