Имплантация оптоэлектронных устройств в спинной мозг грызунов

Все процедуры проводились в соответствии с рекомендациями Канадского совета по уходу за животными и контролировались Комитетом по уходу за животными Университета Британской Колумбии. Самки крыс породы Лонг-Эванс весом 350-450 г в возрасте 6-8 месяцев содержались в группе (21 °C; световой цикл 12 ч:12 ч) и получали свободный доступ к стандартной диете грызунов до и после операции. Подробная информация о реагентах и оборудовании, использованных для этого исследования, приведена в Таблице материалов. 1. Предоперационная подготовка Стерилизуйте все хирургические инструменты с помощью автоклава. Обезболивайте животное изофлураном (5% для индукции и 2% для поддержания), доставляемым с кислородом со скоростью потока 1 л/мин. Переложите животное из индукционной камеры на грелку и своевременно подсоедините изофлурановый носовой конус. Убедитесь, что животное находится под хирургической плоскостью анестезии, обеспечив полную потерю рефлекса пальцев ног на обеих ногах. Оббрейте спину крысы, начиная с основания ушей, как показано на рисунке 2А. Нанесите обильное количество стерильной глазной мази на глаза и введите подкожно бупренорфин (разбавленный до 0,03 мг/кг) и 10 мл лактатных мазей (подогретых до температуры тела). Протрите выбритый участок антисептическим хирургическим скрабом (хлоргексидином) с последующим нанесением изопропилового спирта круговыми движениями, начиная от центра выбритого участка и расширяя диаметр круга. Повторите процесс мыло/спирт еще два раза. Закрепите животное в стереотаксической раме, расположив голову с помощью смазанных ушных планок для устойчивости (рисунок 2A).ПРИМЕЧАНИЕ: На протяжении всей процедуры постоянно обеспечивайте тепловую поддержку, проверяйте глубину анестезии с помощью рефлекса пальцев ног и контролируйте жизненно важные показатели. Поместите сверху на животное стерильную хирургическую простыню. 2. Обнажение шейного отдела спинного мозга С помощью стерильных щипцов начните с пальпации основания черепа. Нащупайте выступающий остистый отросток, который распространяется рострокаудально у основания черепа; это С214 (рисунки 1В и 2В). Продолжайте пальпацию каудально к С2, чтобы обнаружить особенно острый и заостренный остистый отросток, идентифицируемый как Т215 (Рисунки 1B и Рисунок 2C). С помощью скальпеля сделайте разрез на коже, начиная с С2 и простираясь каудально примерно на 1,5 см (рисунок 2D).ПРИМЕЧАНИЕ: Размер разреза может варьироваться у разных животных. Заранее обеспечьте идентификацию анатомических ориентиров и действуйте соответственно. Осторожно разрежьте скальпелем подкожный жировой слой, чтобы обнажить неповрежденную нижележащую спинную мускулатуру. После того, как дорсальные мышцы обнажены, выполните тупое рассечение, оттянув их от средней линии с помощью двух щипцов Адсона (рис. 2E).ПРИМЕЧАНИЕ: Важно выполнять тупое рассечение (разрывание мышечных волокон), а не разрезание мышц, чтобы свести к минимуму кровотечение. Адекватное обнажение тыльной мускулатуры должно выявлять мышцу шаровидной формы (рисунок 2G). Эта мышца полностью покрывает С2 и частично покрывает С3. С помощью ронжеров и стерильных щипцов приподнимите лоскут кожи непосредственно каудально к области разреза. С помощью ронжеров создайте небольшой подкожный карман – это и будет место расположения устройства (рисунок 2F).ПРИМЕЧАНИЕ: Подкожный карман должен быть больше, чем само устройство. Рекомендуется, чтобы хирург (хирурги) изменил свое положение лицом к животному спереди для улучшения контроля и видимости при открытии подкожного кармана. Установите ретрактор, чтобы обнажить позвоночный столб (рисунок 2G). С помощью ронжеров удалите все оставшиеся мышцы или ткани, покрывающие позвонки, и начните определять сегменты спинного мозга. Непосредственно каудально к шарообразной мышце находится С4, за ней следуют С5 и С6 (рисунок 2G-I). После завершения промойте операционную область стерильным физиологическим раствором и высушите стерильной марлей.ПРИМЕЧАНИЕ: Шарообразная мышца полностью обволакивает С2 и частично простирается над С3. Сегмент спинного мозга непосредственно каудально к нему, при минимальном контакте, обозначается как С4. Выполняют ламинэктомию в зависимости от предполагаемого назначения зонда.Для зонда под пластинкой выполните латеральную ламинэктомию в точках С5 и С6, создав латерализованное отверстие в пластинке для будущего размещения зонда (Рисунок 2H, Дополнительный рисунок 1A). Для установки зонда над пластинкой выполните медиальную ламинэктомию C5, гарантируя, что латеральные аспекты остистого отростка не удаляются, а только обнажаются медиальные пути для размещения зонда (рис. 2I, дополнительный рис. 1B). После ламинэктомии промойте область стерильным физиологическим раствором и высушите стерильной марлей, чтобы удалить остатки кости.ПРИМЕЧАНИЕ: При выполнении ламинэктомии очень важно прижать ронжеры к кости и избегать любых движений вниз, чтобы предотвратить повреждение спинного мозга. 3. Эпидуральная установка аппарата Удерживайте стерильное устройство стерильными щипцами с пластиковым наконечником (рисунок 3A) и вводите его внутрь подкожного отверстия, сделанного ранее в шаге 2.9.ПРИМЕЧАНИЕ: Крайне важно избегать прикосновения к устройству в нестерильных перчатках/инструментах для поддержания стерильности устройства. Используйте специальные стерильные щипцы для размещения и позиционирования устройства под кожей. Наложите шов или приклейте устройство к соседнему мышечному слою, чтобы оно было надежно закреплено (рисунок 3B).ПРИМЕЧАНИЕ: Используйте нерассасывающиеся нити при наложении швов на мышцы. В противном случае аппарат подвержен движению после рассасывания швов в организме. При использовании клея обеспечьте долговременную стабильность и биосовместимость клея/клея. Избегайте крепления устройства к подкожному жировому/жировому слою, чтобы обеспечить надежные точки крепления.Спланируйте положение корпуса устройства, прежде чем приступать к выполнению этого шага. Поскольку устройство будет надежно закреплено, проблемы с размещением зонда (шаг 3.4) могут возникнуть, если устройство расположено слишком близко или слишком далеко от желаемого уровня в спинном мозге. Поместите ретрактор вокруг спинного мозга и откройте подходящее окно, чтобы поместить зонд на спинной мозг. Размещение зондов:Размещение зонда под пластинкой: Осторожно введите зонд с помощью щипцов с пластиковым наконечником под пластинки (C5 и C6), проведя им по латерализованным каналам, сделанным на шаге 2.9.1 (Рисунок 3D). Размещение зонда над спинным мозгом:Отрегулируйте зонд с помощью щипцов с пластиковым наконечником, чтобы выровнять и поместить наконечник щупа поверх медиального окна, созданного в точке C5 на шаге 2.9.2 (рисунок 3C). В стерильной, небольшой и, желательно, керамической емкости приготовьте цемент, смешав одну мерную ложку порошка стоматологического цемента, 3 капли высокотехнологичной смазки и одну каплю катализатора. Смешайте стерильными зубочистками до достижения вязкой консистенции.ПРИМЕЧАНИЕ: Настоятельно рекомендуется, чтобы один человек, который не выполняет операцию, подготовил цемент так, чтобы хирург мог удерживать зонд на месте и высушить желаемую область непосредственно перед нанесением цемента. Этот шаг чувствителен ко времени. Убедитесь, что хирург расположил зонд перед приготовлением цемента. После нанесения катализатора цемент загустеет слишком сильно, чтобы эффективно сцепиться с костью в случае задержки. Потренируйтесь с цементом перед операцией, чтобы убедиться в достижении правильной консистенции, прежде чем помещать его на зонд/кость. Полностью высушите предполагаемую область цементирования на позвонках, чтобы получилась надежная точка крепления. Нанесите 1-2 капли стоматологического цемента на кончик зонда, который должен быть размещен сверху предполагаемого уровня позвонков, в данном случае С4 (рисунок 3C,D).ПРИМЕЧАНИЕ: Очень важно, чтобы позвонки были как можно более сухими перед цементированием. В противном случае цемент не будет прилипать, и щуп не будет надежно закреплен. Сделайте паузу в течение 30 секунд и осторожно прикоснитесь к цементу, чтобы убедиться, что он затвердел. Если цемент не полностью затвердел, подождите еще 20 секунд и повторно нанесите свежеприготовленный цемент до тех пор, пока зонд не будет надежно закреплен на кости.ПРИМЕЧАНИЕ: Цемент хорошо сцепился, когда стал твердым и жестким на ощупь.ВНИМАНИЕ: Нанесение цемента, когда он слишком жидкий, может привести к его проникновению в ткани спинного мозга между позвонками. В этом случае подождите примерно 10 секунд, чтобы цемент загустел до более камедневой консистенции, прежде чем аккуратно использовать щипцы для удаления цемента, который соприкасался со спинным мозгом. 4. Послеоперационные процедуры После завершения операции зашить место разреза с помощью 5-0 викрильных швов. Аккуратно извлеките животное из стереотаксического аппарата и перенесите его в нагретую восстановительную камеру. В течение первых 3-5 дней после операции обеспечьте животное мягким, увлажненным чау, лакомствами и гидрогелевой водой. Тщательно наблюдайте за животным два раза в день в течение первой недели после операции. Вводите бупренорфин и подогретые инъекции лактата Рингера два раза в день в течение последующих 2 дней или дольше, если признаки боли сохраняются. Продолжайте ежедневные осмотры до тех пор, пока у животного не исчезнут клинические проблемы со здоровьем. После этого проверяйте животное не реже одного раза в неделю. (Дополнительный) Очертите периметр устройства на коже после операции и закрытия разреза для визуальной индикации местоположения устройства в теле (рисунок 4A).ПРИМЕЧАНИЕ: Этот шаг особенно полезен, когда устройство требует внешнего доступа, например, устройства, нуждающиеся в беспроводном питании через внешний передатчик, где антенная связь имеет решающее значение, или насосы для доставки лекарств, которые должны быть заправлены через кожу 16,17,18.