Cirurgia de Implante para Estimulação do Nervo Vago Abdominal e Estudos de Gravação em Ratos Acordados
Summary
O presente protocolo descreve a técnica cirúrgica para implantação de um arranjo de eletrodos no nervo vago abdominal em ratos, juntamente com métodos para testes eletrofisiológicos crônicos e estimulação com o dispositivo implantado.
Abstract
A estimulação do nervo vago abdominal (ENV) pode ser aplicada ao ramo subdiafragmático do nervo vago de ratos. Devido à sua localização anatômica, não apresenta efeitos respiratórios e cardíacos fora do alvo comumente associados à ENV cervical. A ausência de efeitos respiratórios e cardíacos fora do alvo significa que a intensidade da estimulação não precisa ser reduzida para reduzir os efeitos colaterais comumente experimentados durante a ENV cervical. Poucos estudos recentes demonstram os efeitos anti-inflamatórios da ENV abdominal em modelos de doença inflamatória intestinal em ratos, artrite reumatoide e redução da glicemia em um modelo de diabetes tipo 2 em ratos. O rato é um ótimo modelo para explorar o potencial dessa tecnologia devido à anatomia bem estabelecida do nervo vago, ao grande tamanho do nervo que permite fácil manuseio e à disponibilidade de muitos modelos de doenças. Aqui, descrevemos os métodos de limpeza e esterilização do arranjo de eletrodos da ENV abdominal e o protocolo cirúrgico em ratos. Descrevemos também a tecnologia necessária para a confirmação da estimulação supralimiar por meio do registro dos potenciais de ação compostos evocados. A ENV abdominal tem o potencial de oferecer tratamento seletivo e eficaz para uma variedade de condições, incluindo doenças inflamatórias, e espera-se que a aplicação se expanda de forma semelhante à ENV cervical.
Introduction
A estimulação do nervo vago (ENV) administrada no local cervical no pescoço é o tratamento aprovado pela Food and Drug Administration (FDA) dos Estados Unidos para epilepsia refratária, depressão refratária e reabilitação pós-acidente vascular cerebral isquêmico1, e aprovado pela Comissão Europeia para insuficiência cardíaca na Europa2. A ENV cervical não invasiva é aprovada pela FDA para enxaqueca e cefaleia1. Espera-se que sua aplicação se expanda, com ensaios clínicos recentes mostrando eficácia da ENV em outras indicações, como doença de Crohn3, artrite reumatoide 4,5 e intolerância à glicose e diabetes tipo 2 6,7. Apesar de promissora, a ENV cervical pode causar bradicardia e apneia devido à ativação fora do alvo das fibras nervosas que inervam os pulmões e o coração 8,9,10. Efeitos colaterais como tosse, dor, alteração vocal, cefaleia e aumento do índice de apnéia-hipopnéia são comumente relatados em pacientes recebendo ENV cervical11,12. A redução da força de estimulação é uma estratégia comum para reduzir esses efeitos colaterais, porém a redução da carga pode limitar a eficácia da terapia com ENV por não ativar as fibras terapêuticas11. Em apoio a essa hipótese, a taxa de resposta de pacientes que receberam estimulação de alta intensidade para o tratamento da epilepsia foi maior do que a de pacientes que receberam estimulação de baixa intensidade13.
A ENV abdominal é aplicada sobre o nervo vago subdiafragmático, acima dos ramos hepático e celíaco14 (Figura 1). Nosso estudo prévio demonstrou que a ENV abdominal de ratos não causa efeitos colaterais cardíacos ou respiratórios associados à ENV cervical10. Estudos anteriores também demonstram efeitos anti-inflamatórios da ENV abdominal em um modelo de doença inflamatória intestinal e artrite reumatoideem ratos10,15, bem como redução da glicemia em um modelo de diabetes tipo 2 emratos16. Recentemente, a tecnologia VNS abdominal foi traduzida para um ensaio clínico inédito em humanos para o tratamento da doença inflamatória intestinal (NCT05469607).
O arranjo de eletrodos de nervo periférico usado para fornecer estimulação ao nervo vago abdominal (WO201909502017) foi desenvolvido sob medida para uso em ratos e é composto por dois a três pares de eletrodos de platina colocados a 4,7 mm de distância, apoiados por um manguito de elastômero de silicone de grau médico, uma aba de sutura para ancorar a matriz ao esôfago, um fio de chumbo e um conector percutâneo a ser montado na região lombar (Figura 2). O fio de chumbo é tunelizado sob a pele do lado esquerdo do animal. O design de múltiplos pares de eletrodos permite a estimulação elétrica do nervo, bem como o registro de potenciais de ação compostos evocados eletricamente (ECAPs), o que confirma a colocação correta do implante no nervo e as intensidades de estimulação supralimiares. A ENV abdominal é bem tolerada em ratos que se movem livremente por meses 10,15,16. Isso permite avaliar sua eficácia em modelos de doenças.
Este manuscrito descreve os métodos de esterilização por arranjo de eletrodos, cirurgia de implante do nervo vago abdominal e estimulação crônica e registro de ECAPs em ratos acordados para estudar a eficácia da ENV abdominal em uma variedade de modelos de doenças. Esses métodos foram originalmente desenvolvidos para estudar a eficácia da ENV abdominal em modelo de doença inflamatória intestinal emratos10 e também foram usados com sucesso para um modelo de artrite reumatoide emratos15 ediabetes16.
Protocol
Representative Results
Discussion
Este método de cirurgia de implante de ENV abdominal e estimulação crônica do nervo vago e registro de ECAPs tem sido usado com sucesso e bem tolerado por 5 semanas em ratos após o implante 10,15,16. A retração do estômago, fígado e intestino para obter uma boa visão do esôfago e do nervo vago é um dos principais passos na cirurgia. Uma vez que esses órgãos são retraídos, o nervo vago torna-se acessível. A retra…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
O desenvolvimento do implante de VNS abdominal de rato foi financiado pela Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) BTO, sob os auspícios do Dr. Doug Weber e do Dr. Eric Van Gieson através do Space and Naval Warfare Systems Center (Contrato No. N66001-15-2-4060). A pesquisa relatada nesta publicação foi apoiada pelo Fundo de Incubação do Instituto Bionics. O Instituto Biónico reconhece o apoio que recebe do Governo Vitoriano através do seu Programa de Apoio Operacional de Infraestruturas. Gostaríamos de agradecer ao Sr. Owen Burns pelo projeto mecânico, ao Prof. John B Furness pela experiência anatômica, ao Prof. Robert K Shepherd pela experiência em interface periférica, neuromodulação e gravação, à Sra. Philippa Kammerer e à Sra. Amy Morley pela criação e testes de animais, à Sra. Fenella Muntz e à Dra. Peta Grigsby por seus conselhos sobre cuidados pós-operatórios com animais, e à Sra. Jenny Zhou e a equipe de fabricação de eletrodos da NeoBionica pela produção dos arrays 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 |
Riferimenti
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