Chirurgia di impianto per la stimolazione e la registrazione del nervo vago addominale nei ratti svegli
Summary
Il presente protocollo descrive la tecnica chirurgica per l’impianto di un array di elettrodi sul nervo vago addominale nei ratti, insieme ai metodi per i test di elettrofisiologia cronica e la stimolazione utilizzando il dispositivo impiantato.
Abstract
La stimolazione del nervo vago addominale (VNS) può essere applicata al ramo subdiaframmatico del nervo vago dei ratti. Grazie alla sua posizione anatomica, non ha effetti respiratori e cardiaci fuori bersaglio comunemente associati alla VNS cervicale. L’assenza di effetti respiratori e cardiaci fuori bersaglio significa che l’intensità della stimolazione non deve essere abbassata per ridurre gli effetti collaterali comunemente sperimentati durante la VNS cervicale. Pochi studi recenti dimostrano gli effetti antinfiammatori della VNS addominale in modelli di ratto di malattia infiammatoria intestinale, artrite reumatoide e riduzione della glicemia in un modello di ratto di diabete di tipo 2. Rat è un ottimo modello per esplorare il potenziale di questa tecnologia a causa dell’anatomia ben consolidata del nervo vago, delle grandi dimensioni del nervo che consente una facile manipolazione e della disponibilità di molti modelli di malattia. Qui descriviamo i metodi per la pulizia e la sterilizzazione dell’array di elettrodi VNS addominali e il protocollo chirurgico nei ratti. Descriviamo anche la tecnologia necessaria per la conferma della stimolazione soprasoglia registrando i potenziali d’azione composti evocati. La VNS addominale ha il potenziale per offrire un trattamento selettivo ed efficace per una varietà di condizioni, comprese le malattie infiammatorie, e si prevede che l’applicazione si espanderà in modo simile alla VNS cervicale.
Introduction
La stimolazione del nervo vago (VNS) erogata nel sito cervicale del collo è un trattamento approvato dalla Food and Drug Administration (FDA) degli Stati Uniti per l’epilessia refrattaria, la depressione refrattaria e la riabilitazione post-ischemicadell’ictus 1 e approvato dalla Commissione Europea per l’insufficienza cardiaca in Europa2. La VNS cervicale non invasiva è approvata dalla FDA per l’emicrania e il mal di testa1. Si prevede che la sua applicazione si espanderà, con recenti studi clinici che mostrano l’efficacia del VNS in altre indicazioni come il morbo di Crohn3, l’artrite reumatoide 4,5 e la ridotta tolleranza al glucosio e il diabete di tipo 2 6,7. Sebbene promettente, la VNS cervicale può causare bradicardia e apnea a causa dell’attivazione fuori bersaglio delle fibre nervose che innervano i polmoni e il cuore 8,9,10. Effetti indesiderati come tosse, dolore, alterazione della voce, mal di testa e aumento dell’indice di apnea-ipopnea sono comunemente riportati nei pazienti trattati con VNScervicale 11,12. La riduzione della forza di stimolazione è una strategia comune per ridurre questi effetti collaterali, tuttavia la riduzione della carica può limitare l’efficacia della terapia con VNS non riuscendo ad attivare le fibre terapeutiche11. A sostegno di questa ipotesi, il tasso di risposta dei pazienti che hanno ricevuto stimolazione ad alta intensità per il trattamento dell’epilessia è stato superiore a quello dei pazienti che hanno ricevuto stimolazione a bassa intensità13.
La VNS addominale viene applicata sul nervo vago sottodiaframmatico, sopra i rami epatico e celiaco14 (Figura 1). Il nostro studio precedente ha dimostrato che nei ratti la VNS addominale non causa effetti collaterali cardiaci o respiratori associati alla VNScervicale 10. Studi precedenti dimostrano anche gli effetti antinfiammatori della VNS addominale in un modello di ratto di malattia infiammatoria intestinale e artrite reumatoide10,15, nonché la riduzione della glicemia in un modello di ratto di diabete di tipo 216. Recentemente, la tecnologia VNS addominale è stata tradotta per un primo studio clinico sull’uomo per il trattamento della malattia infiammatoria intestinale (NCT05469607).
L’array di elettrodi nervosi periferici utilizzato per fornire la stimolazione al nervo vago addominale (WO201909502017) è stato sviluppato su misura per l’uso nei ratti e comprende da due a tre coppie di elettrodi di platino posizionati a 4,7 mm di distanza, supportati da una cuffia in elastomero siliconico di grado medico, una linguetta di sutura per ancorare l’array all’esofago, un filo conduttore e un connettore percutaneo da montare sulla regione lombare (Figura 2). Il filo di piombo è incanalato sotto la pelle sul lato sinistro dell’animale. Il design a coppie di elettrodi multipli consente la stimolazione elettrica del nervo e la registrazione dei potenziali d’azione composti evocati elettricamente (ECAP), che confermano il corretto posizionamento dell’impianto sul nervo e le intensità di stimolazione soprasoglia. La VNS addominale è ben tollerata nei ratti che si muovono liberamente per mesi 10,15,16. Ciò consente di valutare la sua efficacia su modelli di malattia.
Questo manoscritto descrive i metodi per la sterilizzazione dell’array di elettrodi, la chirurgia di impianto del nervo vago addominale e la stimolazione cronica e la registrazione di ECAP nei ratti svegli per studiare l’efficacia della VNS addominale in una varietà di modelli di malattia. Questi metodi sono stati originariamente sviluppati per studiare l’efficacia della VNS addominale nel modello di ratto di malattia infiammatoria intestinale10 e sono stati utilizzati con successo anche per un modello di ratto di artrite reumatoide15 e diabete16.
Protocol
Representative Results
Discussion
Questo metodo di chirurgia implantare VNS addominale e la stimolazione cronica del nervo vago e la registrazione di ECAP sono stati utilizzati con successo e ben tollerati per 5 settimane nei ratti dopo l’impianto 10,15,16. La retrazione dello stomaco, del fegato e dell’intestino per ottenere una buona visione dell’esofago e del nervo vago è uno dei passaggi chiave dell’intervento chirurgico. Una volta che questi organi sono re…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Lo sviluppo dell’impianto VNS addominale di ratto è stato finanziato dalla Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) BTO, sotto gli auspici del Dr. Doug Weber e del Dr. Eric Van Gieson attraverso lo Space and Naval Warfare Systems Center (Contratto n. N66001-15-2-4060). La ricerca riportata in questa pubblicazione è stata supportata dal Bionics Institute Incubation Fund. Il Bionics Institute riconosce il sostegno che ricevono dal governo del Victoria attraverso il suo programma di supporto infrastrutturale operativo. Vorremmo ringraziare il Sig. Owen Burns per la progettazione meccanica, il Prof. John B Furness per l’esperienza anatomica, il Prof. Robert K Shepherd per l’interfaccia periferica, la neuromodulazione e l’esperienza di registrazione, la Sig.ra Philippa Kammerer e la Sig.ra Amy Morley per la zootecnia e i test, la Sig.ra Fenella Muntz e la Dott.ssa Peta Grigsby per i loro consigli sulla cura post-operatoria degli animali, e la Sig.ra Jenny Zhou e il team di fabbricazione degli elettrodi di NeoBionica per la produzione degli array 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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