깨어 있는 쥐의 복부 미주 신경 자극 및 기록 연구를 위한 이식 수술
Summary
본 프로토콜은 이식된 장치를 이용한 만성 전기생리학 검사 및 자극 방법과 함께 쥐의 복부 미주신경에 전극 어레이를 이식하는 수술 기법을 설명합니다.
Abstract
복부 미주 신경 자극 (VNS)은 쥐의 미주 신경의 횡격막하 가지에 적용될 수 있습니다. 해부학적 위치로 인해 일반적으로 경추 VNS와 관련된 호흡기 및 심장 off-target 영향이 없습니다. 호흡기 및 심장 off-target effect가 없다는 것은 자궁경부 VNS에서 일반적으로 경험하는 부작용을 줄이기 위해 자극 강도를 낮출 필요가 없다는 것을 의미합니다. 염증성 장 질환, 류마티스 관절염 및 제2형 당뇨병의 쥐 모델에서 혈당 감소의 쥐 모델에서 복부 VNS의 항염증 효과를 입증하는 최근 연구는 거의 없습니다. 쥐는 미주 신경의 잘 확립된 해부학, 다루기 쉬운 신경의 큰 크기, 많은 질병 모델의 가용성으로 인해 이 기술의 잠재력을 탐구할 수 있는 훌륭한 모델입니다. 여기에서는 쥐의 복부 VNS 전극 어레이 및 수술 프로토콜을 세척 및 살균하는 방법에 대해 설명합니다. 또한 유발된 복합 활동 전위를 기록하여 초역치 자극을 확인하는 데 필요한 기술을 설명합니다. 복부 VNS는 염증성 질환을 포함한 다양한 질환에 대해 선택적이고 효과적인 치료를 제공할 수 있는 잠재력을 가지고 있으며, 이 응용 분야는 자궁경부 VNS와 유사하게 확장될 것으로 예상됩니다.
Introduction
목의 자궁경부 부위에 전달되는 미주신경자극술(VNS)은 난치성 간질, 난치성 우울증 및 허혈성 뇌졸중 후 재활에 대해 미국 식품의약국(FDA)이 승인한 치료제이며, 유럽에서 심부전에 대해 유럽연합 집행위원회(European Commission)가 승인한 치료법입니다2. 비침습적 자궁경부 VNS는 편두통 및 두통에 대해 FDA 승인을 받았습니다1. 최근 임상시험에서 크론병3, 류마티스 관절염 4,5 및 내당능 장애 및 제2형 당뇨병 6,7과 같은 다른 적응증에서 VNS의 효능이 입증됨에 따라 그 적용이 확대될 것으로 예상됩니다. 유망하지만 자궁 경부 VNS는 폐와 심장을 신경 자극하는 신경 섬유의 표적을 벗어난 활성화로 인해 서맥과 무호흡을 유발할 수 있습니다 8,9,10. 기침, 통증, 음성 변화, 두통 및 무호흡-저호흡 지수 증가와 같은 부작용은 자궁경부 VNS11,12를 투여받은 환자에서 일반적으로 보고된다. 자극 강도의 감소는 이러한 부작용을 줄이기 위한 일반적인 전략이지만, 감소된 전하(charge reduction)는 치료 섬유를 활성화하지 못함으로써 VNS 요법의 효능을 제한할 수 있다11. 이 가설을 뒷받침하는 것으로, 뇌전증 치료를 위해 고강도 자극을 받은 환자의 반응률은 저강도 자극을 받은 환자보다 높았다13.
복부 VNS는 간 및 셀리악 분지 위의 횡격막하 미주신경에 적용된다(14)(그림 1). 우리의 이전 연구는 쥐에서 복부 VNS가 자궁 경부 VNS10과 관련된 심장 또는 호흡기 부작용을 일으키지 않는다는 것을 입증했다. 이전 연구에서는 염증성 장 질환 및 류마티스 관절염 10,15의 쥐 모델에서 복부 VNS의 항염증 효과와 제2형 당뇨병16의 쥐 모델에서 혈당 감소를 입증했다. 최근 복부 VNS 기술은 염증성 장 질환(NCT05469607) 치료를 위한 최초의 인간 임상 시험으로 전환되었습니다.
복부 미주신경에 자극을 전달하는 데 사용되는 말초 신경 전극 어레이(WO201909502017)는 쥐에서 사용하기 위해 맞춤 개발되었으며, 의료용 실리콘 엘라스토머 커프, 어레이를 식도에 고정하기 위한 봉합 탭, 리드선 및 요추 부위에 장착되는 경피적 커넥터로 지지되는 4.7mm 간격으로 배치된 2-3개의 백금 전극 쌍으로 구성됩니다(그림 2). 리드선은 동물의 왼쪽 피부 아래에 터널을 뚫습니다. 다중 전극 쌍 설계는 신경의 전기 자극을 허용하고 전기적으로 유발된 복합 활동 전위(ECAP)를 기록하여 임플란트가 신경에 올바르게 배치되고 초역치 자극 강도를 확인합니다. 복부 VNS는10,15,16개월 동안 자유롭게 움직이는 쥐에서 잘 견뎌냅니다. 이를 통해 질병 모델에 대한 효능을 평가할 수 있습니다.
이 원고는 다양한 질병 모델에서 복부 VNS의 효능을 연구하기 위해 깨어 있는 쥐에서 전극 어레이 멸균, 복부 미주 신경 이식 수술, 만성 자극 및 ECAP의 기록 방법을 설명합니다. 이러한 방법은 원래 염증성 장 질환(10 )의 랫트 모델에서 복부 VNS의 효능을 연구하기 위해 개발되었으며, 류마티스 관절염(15 ) 및 당뇨병(16)의 랫트 모델에도 성공적으로 사용되었다.
Protocol
Representative Results
Discussion
복부 VNS 임플란트 수술 및 미주 신경의 만성 자극 및 ECAP 기록 방법은 이식 후 쥐에서 5 주 동안 성공적으로 사용되었으며 잘 견뎌 냈습니다 10,15,16. 식도와 미주신경을 잘 보기 위해 위, 간, 장을 수축시키는 것은 수술의 핵심 단계 중 하나입니다. 이 기관들이 수축되면 미주 신경에 접근할 수 있게 됩니다. 위가 수축되면 호흡이…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
쥐 복부 VNS 임플란트의 개발은 우주 및 해군 전쟁 시스템 센터(계약 번호 N66001-15-2-4060)를 통해 Doug Weber 박사와 Eric Van Gieson 박사의 후원 하에 DARPA(Defense Advanced Research Projects Agency) BTO의 자금 지원을 받았습니다. 이 간행물에 보고된 연구는 Bionics Institute Incubation Fund의 지원을 받았습니다. 바이오닉스 인스티튜트(Bionics Institute)는 운영 인프라 지원 프로그램(Operational Infrastructural Support Program)을 통해 빅토리아 주정부로부터 받은 지원을 인정합니다. 기계 설계의 Owen Burns, 해부학적 전문 지식의 John B Furness 교수, 주변 인터페이스, 신경 조절 및 기록 전문 분야의 Robert K Shepherd 교수, 축산 및 테스트 분야의 Philippa Kammerer 및 Amy Morley, 수술 후 동물 관리에 대한 조언을 해준 Fenella Muntz 및 Peta Grigsby 박사, VNS 어레이 생산을 맡은 NeoBionica의 Jenny Zhou 및 전극 제작 팀에 감사드립니다.
Materials
| 0.9% saline | Briemarpak | SC3050 | |
| Baytril | Bayer | ||
| Betadine | Sanofi-Aventis Healthcare | ||
| Buprelieve (Buprenorphine) | Jurox | ||
| Data acquisition device | National Instruments | USB-6210 | |
| DietGel Boost (dietary gel supplement) | ClearH2O | ||
| Dumont tweezer, style 5 | ProSciTech | T05-822 | |
| Dumont tweezer, style N7, self-closing | ProSciTech | EMS72864-D | |
| Elmasonic P sonicator | Elma | ||
| Hartmann's solution | Baxter | AHB2323 | |
| Hemostat | ProSciTech | TS1322-140 | |
| HPMC/PAA Moisturising Eye Gel | Alcon | ||
| Igor Pro-8 software | Wavemetrics, Inc | ||
| Isoflo (Isoflurane) | Zoetis | ||
| Isolated differential amplifier | World Precision Instruments | ISO-80 | |
| Liquid pyroneg | Diversey | HH12291 | cleaning solution |
| Marcaine (Bupivacaine) | Aspen | ||
| Plastic drape | Multigate | 22-203 | |
| Rat vagus nerve implant | Neo-Bionica | ||
| Rimadyl (Carprofen) | Zoetis | ||
| Silk suture 3-0 | Ethicon | ||
| Silk suture 7-0 | Ethicon | ||
| SteriClave autoclave | Cominox | 24S | |
| Sterile disposable surgical gown | Zebravet | DSG-S | |
| Suicide Nickel hooks | Jarvis Walker | ||
| Ultrapure water | Merck Millipre | Milli-Q Direct | |
| Underpads | Zebravet | UP10SM | |
| Vannas scissors | ProSciTech | EMS72933-01 | |
| Vicryl suture 4-0 | Ethicon |
Referenzen
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