Cirugía de implantación para estudios de estimulación y registro del nervio vago abdominal en ratas despiertas
Summary
El presente protocolo describe la técnica quirúrgica para implantar una guía de electrodos en el nervio vago abdominal en ratas, junto con métodos para pruebas de electrofisiología crónica y estimulación con el dispositivo implantado.
Abstract
La estimulación del nervio vago abdominal (ENV) se puede aplicar a la rama subdiafragmática del nervio vago de ratas. Debido a su ubicación anatómica, no tiene ningún efecto respiratorio y cardíaco fuera del objetivo comúnmente asociado con la ENV cervical. La ausencia de efectos respiratorios y cardíacos fuera del objetivo significa que no es necesario reducir la intensidad de la estimulación para reducir los efectos secundarios que se experimentan comúnmente durante la ENV cervical. Pocos estudios recientes demuestran los efectos antiinflamatorios de la ENV abdominal en modelos de ratas de enfermedad inflamatoria intestinal, artritis reumatoide y reducción de la glucemia en un modelo de rata con diabetes tipo 2. La rata es un gran modelo para explorar el potencial de esta tecnología debido a la anatomía bien establecida del nervio vago, el gran tamaño del nervio que permite un fácil manejo y la disponibilidad de muchos modelos de enfermedades. Aquí, describimos los métodos para limpiar y esterilizar la guía de electrodos VNS abdominales y el protocolo quirúrgico en ratas. También describimos la tecnología necesaria para la confirmación de la estimulación supraumbral mediante el registro de los potenciales de acción de los compuestos evocados. La ENV abdominal tiene el potencial de ofrecer un tratamiento selectivo y eficaz para una variedad de afecciones, incluidas las enfermedades inflamatorias, y se espera que la aplicación se expanda de manera similar a la ENV cervical.
Introduction
La estimulación del nervio vago (ENV) administrada en el sitio cervical en el cuello es un tratamiento aprobado por la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA) para la epilepsia refractaria, la depresión refractaria y la rehabilitación posterior a un accidente cerebrovascular isquémico1, y aprobado por la Comisión Europea para la insuficiencia cardíaca en Europa2. La VNS cervical no invasiva está aprobada por la FDA para la migraña y el dolor decabeza. Se espera que su aplicación se amplíe, con ensayos clínicos recientes que muestran la eficacia de la ENV en otras indicaciones como la enfermedad de Crohn3, la artritis reumatoide 4,5 y la alteración de la tolerancia a la glucosa y la diabetes tipo 2 6,7. Aunque prometedora, la ENV cervical puede causar bradicardia y apnea debido a la activación fuera del objetivo de las fibras nerviosas que inervan los pulmones y el corazón 8,9,10. Los efectos secundarios como tos, dolor, alteración de la voz, cefalea y aumento del índice de apnea-hipopnea son comúnmente reportados en pacientes que reciben ENV cervical11,12. La reducción de la fuerza de estimulación es una estrategia común para reducir estos efectos secundarios, sin embargo, la carga reducida puede limitar la eficacia de la terapia con ENV al no activar las fibras terapéuticas11. En apoyo de esta hipótesis, la tasa de respuesta de los pacientes que recibieron estimulación de alta intensidad para el tratamiento de la epilepsia fue mayor que la de los pacientes que recibieron estimulación de baja intensidad13.
La ENV abdominal se aplica sobre el nervio vago subdiafragmático, por encima de las ramas hepática y celíaca14 (Figura 1). Nuestro estudio previo demostró que en ratas la ENV abdominal no causa efectos secundarios cardíacos o respiratorios asociados con la ENV cervical10. Estudios anteriores también demuestran efectos antiinflamatorios de la ENV abdominal en un modelo de rata de enfermedad inflamatoria intestinal y artritis reumatoide10,15, así como la reducción de la glucemia en un modelo de rata con diabetes tipo 216. Recientemente, la tecnología de VNS abdominal se ha traducido para un primer ensayo clínico en humanos para el tratamiento de la enfermedad inflamatoria intestinal (NCT05469607).
La matriz de electrodos de nervio periférico utilizada para administrar estimulación al nervio vago abdominal (WO201909502017) se ha desarrollado a medida para su uso en ratas, y consta de dos o tres pares de electrodos de platino colocados a 4,7 mm de distancia, soportados por un manguito de elastómero de silicona de grado médico, una lengüeta de sutura para anclar la matriz al esófago, un cable conductor y un conector percutáneo que se monta en la región lumbar (Figura 2). El cable conductor se tuneliza debajo de la piel en el lado izquierdo del animal. El diseño de múltiples pares de electrodos permite la estimulación eléctrica del nervio, así como el registro de los potenciales de acción compuestos evocados eléctricamente (ECAP), lo que confirma la colocación correcta del implante en el nervio y las intensidades de estimulación supraumbral. La ENV abdominal es bien tolerada en ratas que se mueven libremente durante los meses 10,15,16. Esto permite evaluar su eficacia en modelos de enfermedad.
Este manuscrito describe los métodos para la esterilización de la matriz de electrodos, la cirugía de implantación del nervio vago abdominal y la estimulación crónica y el registro de ECAP en ratas despiertas para estudiar la eficacia de la ENV abdominal en una variedad de modelos de enfermedad. Estos métodos se desarrollaron originalmente para estudiar la eficacia de la ENV abdominal en el modelo de rata de enfermedad inflamatoria intestinal10 y también se han utilizado con éxito para un modelo de rata de artritis reumatoide15 y diabetes16.
Protocol
Representative Results
Discussion
Este método de cirugía de implante de VNS abdominal y estimulación crónica del nervio vago y registro de ECAP se ha utilizado con éxito y ha sido bien tolerado durante 5 semanas en ratas después de la implantación 10,15,16. La retracción del estómago, el hígado y el intestino para obtener una buena visión del esófago y el nervio vago es uno de los pasos clave de la cirugía. Una vez que estos órganos se retraen, el …
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
El desarrollo del implante VNS abdominal de rata fue financiado por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) BTO, bajo los auspicios del Dr. Doug Weber y el Dr. Eric Van Gieson a través del Centro de Sistemas de Guerra Espacial y Naval (Contrato No. N66001-15-2-4060). La investigación reportada en esta publicación fue apoyada por el Fondo de Incubación del Instituto de Biónica. El Bionics Institute agradece el apoyo que reciben del Gobierno de Victoria a través de su Programa de Apoyo a la Infraestructura Operativa. Nos gustaría agradecer al Sr. Owen Burns por el diseño mecánico, al Prof. John B Furness por su experiencia anatómica, al Prof. Robert K Shepherd por su experiencia en interfaz periférica, neuromodulación y grabación, a la Sra. Philippa Kammerer y a la Sra. Amy Morley por la cría y pruebas de animales, a la Sra. Fenella Muntz y al Dr. Peta Grigsby por su asesoramiento sobre el cuidado postoperatorio de los animales, y a la Sra. Jenny Zhou y al equipo de fabricación de electrodos de NeoBionica por la producción de las matrices VNS.
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 |
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