Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Bioengineering
Click here for the English version

Bioengineering

تصنيع الواجهة العصبية الطرفية التتجدد المركبة (C-RPNI) في الجرذ البالغ

Published: February 25, 2020 doi: 10.3791/60841
Automatic Translation
1, 1, 1,2, 1,2
1Department of Surgery, Division of Plastic Surgery, University of Michigan, Ann Arbor, 2Department of Biomedical Engineering, University of Michigan, Ann Arbor

Summary

تصف المخطوطة التالية طريقة جديدة لتطوير نظام تغذية مرتدة عصبية حلقة مغلقة بيولوجية يطلق عليها واجهة الأعصاب الطرفية التجديدية المركبة (C-RPNI). هذا البناء لديه القدرة على الاندماج مع الأعصاب الطرفية لتضخيم الإشارات الحركية efferent في حين توفير ردود الفعل الحسية afferent في وقت واحد.

Abstract

وقد مكنت التطورات الأخيرة في الأطراف الاصطناعية العصبية أولئك الذين يعيشون مع فقدان الأطراف لإعادة إنتاج العديد من الوظائف الأصلية إلى الأطراف الغائبة، وغالبا ما يتم ذلك من خلال التكامل مع الجهاز العصبي المحيطي. لسوء الحظ ، غالباً ما ترتبط الطرق المستخدمة حاليًا بتلف كبير في الأنسجة يمنع الاستخدام المطول. بالإضافة إلى ذلك ، غالباً ما تفتقر هذه الأجهزة إلى أي درجة ذات مغزى من ردود الفعل الحسية حيث أن بنائها المعقد يخفف من أي اهتزازات أو أحاسيس أخرى قد يكون المستخدم قد اعتمد عليها سابقًا عند استخدام أطراف اصطناعية أكثر بساطة. تم تطوير واجهة العصب الطرفي التجديدية المركبة (C-RPNI) كبناء بيولوجي مستقر مع القدرة على تضخيم الإشارات العصبية الحركية الخالية مع توفير ردود فعل حسية في وقت واحد. C-RPNI يتكون من جزء من الجلد الحرة والكسب غير المشروع العضلات تأمين حول العصب الحسي مختلطة الهدف، مع تفضيل العصب الحركي من الكسب غير المشروع العضلات وإعادة تغذية العصب الحسي من الكسب غير المشروع الجلد. في الفئران، وقد أظهرت هذه البناء توليد إمكانات عمل العضلات المركبة (CMAPs)، تضخيم إشارة العصب المستهدف من مستوى الصغرى إلى مللي فولت، مع إشارة إلى نسب الضوضاء في المتوسط حوالي 30-50. تحفيز العنصر الجلدي من بناء يولد مركبات القدرة على عمل العصب الحسي (CSNAPs) في العصب القريب. على هذا النحو ، فإن هذا البناء له فائدة مستقبلية واعدة نحو تحقيق الأطراف الاصطناعية المثالية البديهية.

Introduction

بتر الأطراف القصوى تؤثر على ما يقرب من 1 في 190 الأميركيين1, ومن المتوقع أن يزيد انتشارها من 1.6 مليون اليوم إلى أكثر من 3.6 مليون بحلول عام 20502. على الرغم من الاستخدام الموثق لأكثر من ألف عام ، فإن الطرف الاصطناعي المثالي لم يتحقق بعد3. حاليا، هناك أطراف اصطناعية معقدة قادرة على التلاعب المفاصل متعددة مع إمكانية إعادة إنتاج العديد من الوظائف الحركية من الطرف الأصلي4،5. ومع ذلك، لا تعتبر هذه الأجهزة بديهية كما الحركة الاصطناعية المطلوبة عادة ما تكون منفصلة وظيفيا من إشارة التحكم في الإدخال. عادة ما يعتبر المستخدمون هذه "الأطراف الاصطناعية المتقدمة" صعبة التعلم وبالتالي غير مناسبة للاستخدام اليومي1،6. بالإضافة إلى ذلك، لا توفر الأطراف الاصطناعية المعقدة المعقدة في السوق حاليًا أي درجة ملموسة من التغذية المرتدة الحسية الدقيقة للتحكم الكافي. الشعور باللمس والدعائم أمر حيوي لتنفيذ المهام اليومية ، وبدون هذه ، تصبح الأفعال البسيطة مثل التقاط فنجان من القهوة مرهقة لأنها تعتمد بالكامل على الإشارات البصرية7،8،9. لهذه الأسباب ، ترتبط الأطراف الاصطناعية المتقدمة بدرجة كبيرة من التعب العقلي وغالبا ً ما توصف بأنها مرهقة وغير مرضية5،10،11. لمعالجة ذلك ، قامت بعض المختبرات البحثية بتطوير أطراف اصطناعية قادرة على توفير درجة محدودة من التغذية المرتدة الحسية عبر التفاعل العصبي المباشر12،13،14،15، ولكن غالبًا ما تقتصر التغذية المرتدة على المناطق الصغيرة المتناثرة على اليدين والأصابع12،13، ولوحظ أن الأحاسيس مؤلمة وغير طبيعية في بعض الأحيان15. العديد من هذه الدراسات تفتقر للأسف أي متابعة طويلة الأجل ملموس وأنسجة الأعصاب لتحديد آثار الأنسجة المحلية، في حين تلاحظ فشل واجهة على نطاق أسابيع إلى أشهر16.

بالنسبة لهذه الفئة من السكان، فإن الجهاز الاصطناعي المثالي يوفر تحكمًا حركيًا عالي الدقة إلى جانب ردود فعل حسية سوماتوية ذات مغزى من بيئة الفرد طوال حياته. من الأمور الحاسمة لتصميم الأطراف الاصطناعية المثالية المذكورة هو تطوير واجهة مستقرة وموثوقة من شأنها أن تسمح بالإرسال المتزامن للمعلومات الحسية الغامضة مع إشارات المحرك efferent. أكثر الواجهات الواعدة بين الإنسان والآلة الحالية هي تلك التي تتفاعل مع الجهاز العصبي المحيطي مباشرة ، وقد عملت التطورات الأخيرة في مجال الأطراف الاصطناعية المتكاملة العصبية على سد الفجوة بين الإشارات الكهربائية الحيوية والميكانيكية17. وتشمل الواجهات الحالية المستخدمة: لوحات عصبية مرنة14،15،18، أقطاب الكفة خارج العصبية13،19،20،21،22،23، الأنسجة اختراق الأقطاب24،25،31،32، والأقطاب الكهربائية داخل الفاساب26،27 ،28. ومع ذلك ، فقد أظهرت كل من هذه الأساليب قيودًا فيما يتعلق بخصوصية الأعصاب ، وإصابة الأنسجة ، والانحطاط المحوري ، واستنفاد المالين ، و / أو تكوين الأنسجة الندبة المرتبطة باستجابة الجسم الغريب الساكنة المزمنة16،17،18،19. في الآونة الأخيرة، فقد افترض أن سائق وراء فشل القطب زرع في نهاية المطاف هو الفرق الكبير في moduli يونغ بين المواد الإلكترونية والأنسجة العصبية الأصلية. تخضع أنسجة الدماغ لميكرومكبيرة على أساس يومي ، وقد تم التوصل إلى التوقعات بأن إجهاد القص الناجم عن الاختلافات في مودولي يونغ يسبب التهابًا وتندبًا دائمًا في نهاية المطاف30،31،32. وغالبا ما يتفاقم هذا التأثير في الأطراف، حيث الأعصاب الطرفية تخضع لكل من micromotion الفسيولوجية والماكرووشن الأطراف المتعمد. بسبب هذه الحركة المستمرة ، من المعقول أن نستنتج أن استخدام واجهة العصب الطرفي اللاأحيائي ة ليست مثالية ، وستكون الواجهة مع مكون بيولوجي أكثر ملاءمة.

ولتلبية هذه الحاجة إلى مكون بيولوجي، طور مختبرنا واجهة عصبية حيوية يطلق عليها واجهة الأعصاب الطرفية التجديدية (RPNI) لدمج الأعصاب الطرفية العرضية في طرف متبقي مع جهاز اصطناعي. يتضمن تصنيع RPNI زرع العصب الطرفي جراحيًا في ترقيع العضلات الحرة ذاتيًا ، والذي يعيد بعد ذلك الأوعية الدموية وreinnervates. وقد طور مختبرنا هذه الواجهة العصبية البيولوجية على مدى العقد الماضي ، مع نجاح في تضخيم وإرسال الإشارات الحركية عند دمجها مع أقطاب كهربائية مزروعة في كل من التجارب الحيوانية والبشرية ، مما يسمح بالتحكم المناسب في الأطراف الاصطناعية بدرجات متعددة من الحرية2،34. وبالإضافة إلى ذلك، لقد أظهرت بشكل منفصل ردود الفعل الحسية من خلال استخدام الأعصاب الطرفية جزءا لا يتجزأ من الطعوم الجلدية، ويسمى واجهة الحسية الجلد (DSI)3،35. في عمليات البتر البعيدة أكثر، واستخدام هذه البنى في وقت واحد هو ممكن كما يمكن فصل اللفافات الحركية والحسية داخل العصب المحيطي الهدف جراحيا. ومع ذلك ، لمزيد من بتر مستوى القرب ، وهذا ليس ممكنا بسبب اختلاط الألياف الحركية والحسية. تم تطوير واجهة العصب الطرفي التجديدية المركبة (C-RPNI) لمزيد من عمليات البتر القريبة ، وهي تنطوي على زرع عصب حسي حركي مختلط في بناء يتكون من الكسب غير المشروع للعضلات الحرة المضمونة إلى جزء من الكسب غير المشروع الجلدي(الشكل 1). الأعصاب الطرفية تظهر تفضيلية تستهدف reinnervation، وبالتالي سوف الألياف الحسية إعادة إينرفات الطعوم الجلدية والألياف الحركية، والكسب غير المشروع العضلات. وبالتالي فإن هذا البناء لديه القدرة على تضخيم إشارات المحرك في وقت واحد مع توفير ردود الفعل سوماتوالحسية36 (الشكل 2)، مما يسمح لتحقيق مثالي ، بديهية ، الأطراف الاصطناعية المعقدة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

يتم إجراء جميع التجارب على الحيوانات بموافقة لجنة جامعة ميشيغان حول استخدام الحيوانات ورعايتها.

ملاحظة: يُسمح للفئران المانحة بالحصول مجاناً على الطعام والماء قبل إجراءات التبرع بالبشرة والعضلات. يتم إجراء القتل الرحيم تحت التخدير العميق تليها حقن كلوريد البوتاسيوم داخل القلب مع طريقة ثانوية من الرئة الثنائية. أي سلالة من الفئران يمكن نظريا أن تستخدم مع هذه التجربة; ومع ذلك، حقق مختبرنا نتائج متسقة في كل من الفئران فيشر F344 الذكور والإناث (~ 200-250 غرام) في شهرين إلى أربعة أشهر من العمر. يجب أن تكون الفئران المانحة مسببة للتجارب.

1. إعداد الكسب غير المشروع الجلد

  1. تطفل الفئران المانحة في غرفة التعريفي استخدام محلول من 5٪ الإيزوفران في الأكسجين في 0.8-1 L/min. مرة واحدة وقد تم تخدير الفئران، وإزالة من غرفة التعريفي ومكان على مخروط الأنف إعادة التنفس، وخفض الإيسوفلوران إلى 2-2.5٪ للحفاظ على التخدير.
  2. إدارة محلول من 0.02-0.03 مل كاربروفين (50 ملغ / مل) في 0.2 مل من المالحة المعقمة تحت الجلد بين شفرات الكتف للمسكن.
  3. تطبيق مرهم الدموع الاصطناعية على كلتا العينين لمنع قرحة القرنية.
  4. باستخدام القصاصات، وحلاقة كامل السفلي ة الطرف الخلفي (الاطراف) ، ومنطقة الكاحل ، والجانبين من مخلب (س).
  5. تطهير اختيار الطرف الخلفي وسطح البلانتار من مخلب مع الكحول، تليها محلول iodopovidone، وتنتهي مع تطهير النهائي مع الكحول لإزالة iodopovidone المتبقية.
  6. باستخدام محرك صغير باليد الحفر عالية السرعة مع جولة قابلة للإزالة غرامة حصى صقل الحجر (4000 دورة في الدقيقة)، وتصفح سطح البلانتار من مخلب لإزالة البشرة. أثناء التجشؤ، ضعي قطرات من الملل المالح ة لعدم حرق الجلد. الأدمة الكامنة سيكون لها مظهر لامع مع نزيف محدد.
  7. تطبيق tourniquet إلى الطرف السفلي لإبطاء تدفق الدم.
  8. قم بإزالة جلد البلانتار بشكل حاد باستخدام مشرط #15 ووضعه في شاش ملي رطب لمنع الجفاف. سيتم إزالة بعض الأنسجة الوترية والضامة بطبيعتها مع الجلد في هذه الخطوة وسيتم إزالتها في وقت لاحق.
  9. تطبيق الشاش التفاف على القدم النزيف لإبطاء النزيف. كرر الخطوات 1.5-1.9 إذا كان القيام اثنين من بنيات.
  10. تحت المجهر (تكبير 20x)، قم بإزالة الأنسجة الوترية والضامة من الطبقة العميقة من الكسب غير المشروع الجلد باستخدام مقص صغير. الحرص على عدم إحداث ثقوب في الكسب غير المشروع. يجب أن يكون الكسب غير المشروع الجلدي الرقيق مبهمًا قليلاً يحتوي على الأدمة فقط ، ويبلغ حجمه حوالي 0.5 سم × 1.0 سم.
  11. مكان في الشاش المالحة المبللة حتى جاهزة لتصنيع C-RPNI. وينبغي استخدام الطعوم في غضون ساعتين من الحصاد.

2. إعداد الكسب غير المشروع العضلات

  1. إجراء شق طولي على طول الجانب الأمامي من الطرف السفلي من أسفل الطرف الخلفي من فوق الكاحل مباشرة إلى أسفل الركبة مع مشرط #15. تشريح من خلال الأنسجة تحت الجلد لفضح العضلات الكامنة.
  2. في الجانب النفي من الشق ، كشف الإدراجات الوترية للعضلات الطرف السفلي. الظنيب الأمامي (TA) هو عادة أكبر وأكثر الأمامية من العضلات، وتحت والخلفي لهذه العضلات يكمن طويل الأرقامية الباسطة (EDL). عزل الوتر EDL البعيدة من الأوتار الأخرى في المنطقة، مع الحرص على عدم شق إدراجها في هذه المرحلة.
  3. ضمان عزل الوتر الصحيح عن طريق إدراج كل من طينة من ملقط تحت وتر وممارسة الضغط التصاعدي عن طريق فتح ملقط ليسبب رحلة وتر. التلاعب في هذا الوتر يجب أن يسبب جميع اللُزعات لتمتد في وقت واحد.
  4. قم بإجراء عملية استئصال النطاق مع مقص قزحية حاد وفصل العضلات عن الأنسجة المحيطة بها بصراحة مع tenotomies (أو مقص آخر ذو رؤوس حادة) يعمل عن قرب للعثور على الأصل الوتري.
  5. مرة واحدة يتم تصور الوتر القريب، مرة أخرى أداء فَرَك الانوتوم باستخدام مقص القزحية الحادة. ضع طعم العضلات في شاش مُبلل بالمالحة لمنع الجفاف.
  6. مرة واحدة تمت إزالة جميع الطعوم المطلوبة من الفئران المانحة، والقتل الرحيم في المقام الأول عن طريق حقن KCl داخل القلب (1-2 mEq K+/kg) تليها القتل الرحيم الثانوي مع ثقب ثنائي مع ثقب شفرة #15.

3. عزل العصب الانقطعية المشتركة وتحضير

  1. تُسهّم التسكين وتوفير المسكنات للفأر التجريبي وفقًا للبروتوكول المبين في الخطوات 1.1-1.3.
  2. قم بإزالة الفخذ المطلوب وتطهيره بالكحول، البيتادين، وتنتهي بالكحول لإزالة آثار البيتادين.
  3. نقل الحيوان من طاولة الإعدادية الجراحية إلى طاولة المجهر الجراحي ة ووضعها على وسادة التدفئة مع مسبار درجة الحرارة لصيانة درجة حرارة الجسم. الحفاظ على isoflurane في 2-2.5٪ والأكسجين في 0.8-1 لتر / دقيقة.
  4. وضع علامة على الشق، الذي يمتد من الشق النُسّاق يُستمد إلى الشقّ الوركي إلى الجزء الأدنى من الركبة. يجب أن تكون هذه العلامة أقل شأناً من عظم الفخذ وزاوية منه. جعل شق مع شفرة #15 من خلال شق العضلة ذات الرأسين الكامنة في اللفافة.
  5. تشريح بعناية من خلال عضلة العضلة ذات الرأسين femoris مع إما هيموسات أو مقص صغير حاد الرؤوس إلى الفضاء الكامنة وراء العضلة ذات الرأسين femoris.
    ملاحظة: ينتقل العصب الوركي تقريبًا في نفس اتجاه الشق الأولي الذي تم إجراؤه. هناك ثلاثة فروع، وعادة مع الخلفي العصب السّلي والعصب الشّابي ّ والعصب الظنبوبي الرّجال سطحيّ وعميق إلى الركبة، على التوالي.
  6. بعد تحديد العصب العادي (CP) ، وذلك باستخدام زوج من ملقط الدقيقة ، الدقيقة الرؤوس والمقص الصغير ، وعزل بعناية العصب CP من الفروع الوركي الأخرى وإزالة أي الأنسجة الضامة العالقة distdist.
  7. عند النقطة التي يعبر فيها العصب سطح الركبة ، ويعبر العصب بشكل حاد مع زوج من المقص الصغير.
    ملاحظة: استخدام مقص حاد مهم للغاية في هذه الخطوة كما تسبب صدمة كبيرة للعصب يمكن أن تزيد من خطر تكوين ورم عصبي.
  8. حرر بعناية أي نسيج الضام المتبقية من العصب CP والعمل عن قرب لتحرير العصب إلى طول ما يقرب من 2 سم.

4. C-RPNI بناء تصنيع

  1. إزالة الكسب غير المشروع العضلات من الشاش المالحة المبللة وإزالة جميع الأنسجة الوترية المركزية، فضلا عن جزء مركزي صغير من الأيبميزيوم. ترك نهايات الأوتار سليمة.
  2. باستخدام 8-0 خياطة النايلون ، وتأمين epineurium من نهاية العرضية للعصب CP إلى منطقة الكسب غير المشروع العضلات خالية من epimysium مع اثنين من غرز توقف على جانبي العصب.
  3. تأمين الكسب غير المشروع العضلات إلى عظم الفخذ periosteum مع واحد 6-0 النايلون توقف غرزة على حد سواء عن قرب وdistally مع تقاطع العضلات العصبية التي تواجه بعيدا عن عظم الفخذ.
    ملاحظة: تأمين العضلات بحيث يكون في طول استرخاء العادي. حاول أن لا تمتد العضلات بشكل كبير أو ترك الكثير من التراخي عند تأمين.
  4. مكان 8-0 غرزة النايلون في أدنى، هامش مركزي من عضال الطعوم، وتأمينه إلى epineurium العصب CP بطريقة لخلق التراخي في العصب داخل الكسب غير المشروع العضلات وتساعد على تخفيف أي توتر في المستقبل قد يتعرض لمع ambulation في وقت لاحق.
  5. إزالة الجلد الكسب غير المشروع من الشاش المالحة المبللة وترتيبها على الكسب غير المشروع العضلات في مثل هذه الطريقة لتغطية تماما العصب وغالبية العضلات. تأكد من أن الهامش العميق للأدمة يستريح على العضلات. تقليم أي الأدمة التي تمتد إلى ما وراء حدود العضلات.
  6. تأمين الكسب غير المشروع الجلد إلى الكسب غير المشروع العضلات circumferentially باستخدام 8-0 قطع النايلون الغرز. عادة، يتم استخدام الغرز الإجمالية 4-8 اعتمادا على حجم البناء.
  7. إغلاق العضلة ذات الرأسين femoris fascia على بناء بطريقة تشغيل مع 5-0 الكروميك خياطة.
  8. إغلاق الجلد فوق مع 4-0 الكروم خياطة في تشغيل الأزياء.
  9. مسح المنطقة الجراحية مع وسادة الكحول وتطبيق مرهم المضادات الحيوية.
  10. التوقف عن التخدير الاستنشاقي والسماح للفئران لاسترداد مع مصادر الغذاء والماء منفصلة عن الاصحاب قفص.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

يعتبر تصنيع بناء غير ناجحة إذا الفئران تطوير عدوى أو لا البقاء على قيد الحياة التخدير الجراحي. وقد أشارت البحوث السابقة هذه البنى تتطلب ما يقرب من ثلاثة أشهر لإعادة الأوعية الدموية وreinnervate2،3،17،36. بعد فترة الانتعاش لمدة ثلاثة أشهر، يمكن متابعة اختبار البناء لفحص الجدوى. التعرض الجراحي للبنيات بعد ثلاثة أشهر سوف تكشف عن العضلات والبشرة إعادة الأوعية الدموية إذا نجحت(الشكل 3). في بعض الأحيان ، يمكن أن تتكون العضلات الحرة والطعوم الجلدية فقط من ندبة ، و / أو لن يتم إرفاق العصب بالبناء ؛ تشير هذه النتائج إلى محاولة فاشلة. ومع ذلك، إذا نجحت، لطيف الضغط على العصب العادي المشترك مع ملقط قريبة من بناء سيؤدي إلى تقلص العضلات مرئية(فيديو 1). يجب أن يظهر التحليل النسيجي للبنيات الجلد والعصب والعضلات القابلة للحياة(الشكل 4). سوف يكشف التحسس المناعي أيضًا عن إعادة تعصيب الأعصاب الحركية والحسية إلى تقاطعاتها العصبية والعضلية وأجهزة النهاية الحسية ، على التوالي(الشكل 5). إذا لم يقم العصب العادي الشائع بإعادة تَرَيْق تلك الأنسجة، فإن التنيب المناعي لن يُظهر أي ألياف عصبية فردية داخل البناء باستثناء العصب المزروع نفسه.

يمكن إجراء الاختبار الكهربي على هذه الهياكل في الجسم الحي(الشكل 6)؛ وقد أجريت البحوث السابقة في 3 و 9 أشهر بعد تصنيع C-RPNI36 (الجدول 1). بعد التحفيز الأقصى مع قطب هوك في العصب العادي المشترك القريب فقط إلى اقلاعه من العصب الوركي ، يمكن قياس إمكانات عمل العضلات المركبة (CMAPs) في مكون العضلات مع تقلص العضلات المرئي. يمكن أن يختلف نوع القطب الكهربائي المستخدم في العضلات وفقًا للتفضيل ، ولكن تم استخدام التصحيح الأبيمي ، ووسادة الخلايا العمودية ، وأقطاب التحقيق ثنائية القطب بنجاح في هذا البحث. وكان متوسط سعة CMAP المسجلة في العضلات 8.7 ± 1.6 mV في 3 أشهر و 10.2 ± 2.1 mV في 9 أشهر. وكان متوسط سرعة التوصيل 10 ± 1.2 م/ث في 3 أشهر و 9.5 ± 0.6 م/ث في 9 أشهر. بالمقارنة، CMAPs التي تولدها العضلات EDL الفسيولوجية تتراوح عادة من 10-18 mV37. بعد التحفيز في العنصر الجلدي من C-RPNI ، تم إنتاج إمكانات عمل العصب الحسي المركب (CSNAPs) في العصب العادي القريب ، مع متوسط سعة CSNAP قياس 113.7 ± 35.1 μV في 3 أشهر و 142.9 ± 63.7 μV في 9 أشهر. يوضح الشكل 7 إشارات CMAP وCSNAP الفردية والتجميعية التي تم الحصول عليها أثناء الاختبار الكهربي في شكل رسومي.

تعمل C-RPNI على تضخيم إشارة microvolt المتأصلة في العصب ، وقد أظهرت الأبحاث السابقة تضخيمًا كافيًا من microvolt إلى مستوى millivolt38. لذلك، إذا كان بناء لا توفر هذا المستوى من التضخيم، فإنه لا يعتبر ناجحاً. إذا كان إما الجلد, العضلات, أو كلا المكونات من C-RPNI تفشل, اختبار سيؤدي إلى التسجيلات التي تحاكي إشارة التحفيز المستخدمة. بالنسبة لمكون العضلات على وجه التحديد ، فإن النتيجة دون المستوى الأمثل (ولكنها لا تزال تعتبر عملية) ستكون واحدة لديها سعة CMAP وسرعة التوصيل في النطاق الذي يقع بين قيمة تحفيز الإشارة وعضلة EDL الفسيولوجية. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تصبح هذه الإشارات مخففة وتفتقر إلى شكل موجي CMAP المميز(الشكل 8A). يمكن أن تحدث نتائج دون المستوى الأمثل على مستوى المكون الجلدي ولكن من الصعب تحديدها كمياً بالنظر إلى أن الفئران لا تستطيع التعبير عن جودة الإحساس الذي تعاني منه. هذه النتائج دون المستوى الأمثل عادة ما تنطوي على تخفيف الموجي مع ضوضاء خلفية كبيرة(الشكل 8B). ومع ذلك، إذا كان هناك ندبات كبيرة أو استدعاء من الكسب غير المشروع الجلد، أو نجا الحد الأدنى من الكسب غير المشروع، لن يكون موضع تقدير CSNAPs في العصب العادي القريب بغض النظر عن قيمة التحفيز.

Figure 1
الشكل 1: تخطيط توضيحي لبناء C-RPNI. يمكن رؤية العصب الصفاق الشائع مؤمنًا بين الطبقة الجلدية العليا وطبقة العضلات السفلية. يتم تأمين هذا البناء إلى عظم الفخذ periosteum عن قرب وdistally عبر تقاطعات الأوتار EDL. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 2
الشكل 2: تمثيل تصويري للسي-RPNI في مريض مصاب ببتر عرضي. يشكل المستخدم نية المحرك المطلوب على المستوى الدماغي (على سبيل المثال، فهم كماشة)، والتي تنتقل كإشارة حركية efferent إلى C-RPNI عن طريق العصب المحيطي المزروعة. تولد هذه الإشارة إمكانية عمل العضلات المركبة (CMAP) في مكون العضلات ، والتي يتم تسجيلها بواسطة أقطاب كهربائية مزروعة والتعرف عليها من قبل الجهاز الاصطناعي ، مما يولد الحركة المطلوبة. تتعرف أجهزة الاستشعار الموجودة على أطراف أصابع الجهاز على كمية الضغط المتولدة، وتنقل تلك المعلومات إلى قطب كهربائي مزروع في المكون الجلدي لـ C-RPNI. تعمل هذه الإشارات على تنشيط أجهزة النهاية الحسية المقابلة، مما يولد إمكانية عمل العصب الحسي المركب (CSNAP) التي تنتقل عبر العصب المحيطي إلى القشرة الحسية. يتم تصوير إشارة المثال التي تم إنشاؤها في كل مكون داخل المربعات الزرقاء المصورة بجوار كل مكون. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 3
الشكل 3: C-RPNI في الجسم الحي. (أ)A C-RPNI مباشرة بعد التصنيع وفي (B) 3 أشهر بعد البناء في وقت الاختبار الفيزيولوجيا الكهربائية. مكون العضلات هو الطبقة العميقة من بناء والجلد، سطحية. تتميز الأنسجة العضلية بـ (M) وأدمة (D) والعصب الشبي الشائع (N). يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 4
الشكل 4: الأنسجة C-RPNI 6 أشهر. C-RPNI H & E في 6 أشهر في(A)المقطع العرضي و(B)المقطع الطولي. العضلة التي لاحظها (M) ، الأدمة (D) ، والأعصاب (N). يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 5
الشكل 5: تلطيخ المناعة من C-RPNI. (أ)مثال تمثيلي لشريحة عرضية من الأنسجة العضلية ، مع سهام حمراء تحدد التقاطعات العصبية العضلية. يتم تصوير تكبير أعلى للتقاطع العصبي العضلي المركزي (NMJ) في أسفل اليمين. (ب)عن قرب من تقاطع العصبية والعضلية لاحظت في العينة. لـ (أ) و (ب) ، يشير تلطيخ الأحمر (ألفا بونغاروتوكسين) إلى وجود مستقبلات كولينية في الأنسجة العضلية ؛ الأزرق (neurofilament 200) يحدد وجود neurofilaments داخل الأنسجة العصبية; والأخضر (أستيل أسيتيل ترانسفيز) تلاحظ على وجه التحديد وجود الخلايا العصبية الحركية. (C)مثال تمثيلي لصورة iDISCO تركز على تقاطع الجلد ، مع السهام الحمراء التي تشير إلى الخلايا العصبية الحسية (البيضاء) التي تدخل الأدمة. (د)على وضع عرض iDISCO مما يدل على الخلايا العصبية الحسية متعددة (أبيض، neurofilament 200). يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 6
الشكل 6: تخطيطي الاختبار الكهربي. الصورة العلوية هي مثال على ترتيب القطب القياسي لاختبار بنيات C-RPNI. هناك التصحيح و / أو قطب التحقيق وضعت على كل من العضلات والمكونات الجلدية من C-RPNI، مع قطب هوك مزدوجة وضعت في العصب العادي المشترك عن قرب. الصورة السفلية هي مثال في الجسم الحي لترتيب الاختبار على موضوع الفئران. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 7
الشكل 7: إشارات الفيزيولوجيا الكهربية النموذجية C-RPNI. (أ)إشارة CMAP واحدة مسجلة في مكون العضلات بعد إشارة 5.00 mA تطبيقها على العصب CP. (B)24 CMAPs ولدت من قبل 5.00 mA التحفيز في العصب. (C)إشارة CSNAP واحدة مسجلة من العصب CP القريب بعد تحفيز المكون الجلدي عند 900 μA.(D)سلسلة من CSNAPs مسجلة من العصب CP القريب بعد زيادة التحفيز في المكون الجلدي من 500 μA إلى 1000 μA. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 8
الشكل 8: إشارات C-RPNI غير طبيعية. (أ)سلسلة من CMAPs التي تم الحصول عليها أثناء تحفيز العصب CP من 0.2 إلى 4 mA. تبلغ أشكال الموجات ذروتها عند نقاط مختلفة وتفشل في العودة إلى خط الأساس ، مما قد يشير إلى أقطاب كهربائية معيبة أو وظيفة بناء غير كافية بشكل عام. (ب)تجميع CSNAPs التي تم الحصول عليها أثناء تحفيز المكون الجلدي ، ومنحدر 0.1 إلى 5 mA. يمكن أن تحدث هذه النتائج لعدة أسباب، بما في ذلك خلل القطب (ق)، تندب الكسب غير المشروع الجلد، و / أو تلف الأعصاب. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

بيانات 3 أشهر بيانات CMAP (تحفيز العصب CP وسجل من الكسب غير المشروع العضلات) بيانات CSNAP (تحفيز الكسب غير المشروع الجلد وسجل من العصب CP)
رقم معرف الجرذ بناء الوزن (ز) سعة التحفيز (mA) سرعة التوصيل (م/س) V من الذروة إلى الذروة (mV) سعة التحفيز (mA) سرعة التوصيل (م/س) V من الذروة إلى الذروة (μV)
4607 0.087 4.17 11.3 10.3 18 11.1 121
4608 0.15 1.65 11.1 17.1 7.7 6.5 136
4611 0.113 8.3 9.6 11.2 10 10 121
4613 0.116 3.18 10 9.6 1.44 8.3 134
4614 0.189 3 10.8 9.6 7.39 9 151
4616 0.122 5.2 9.4 14.9 1.8 9.1 100
4620 0.118 2.91 7.6 7.4 8.7 10 219
بيانات 9 أشهر بيانات CMAP (تحفيز العصب CP وسجل من الكسب غير المشروع العضلات) بيانات CSNAP (تحفيز الكسب غير المشروع الجلد وسجل من العصب CP)
رقم معرف الجرذ بناء الوزن (ز) سعة التحفيز (mA) سرعة التوصيل (م/س) V من الذروة إلى الذروة (mV) سعة التحفيز (mA) سرعة التوصيل (م/س) V من الذروة إلى الذروة (μV)
4687 0.238 1.35 9.6 18.2 0.99 11 181
4688 0.131 1.08 10 8.8 1.11 8 132
4689 0.26 1.26 9.6 21.8 1.9 8.6 237
4690 0.192 4.2 8.3 12.8 ن/أ ن/أ ن/أ
4691 0.213 1.38 10 18.6 6.6 8 153
4693 0.178 1.11 9.6 15.1 8.7 8.3 306

الجدول 1: الاختبار الكهربي للـ C-RPNIs في فترة 3 و 9 أشهر بعد الإنشاء. للحصول على CMAPs ، تم وضع قطب تسجيل على العضلات مع قطب كهربائي محفز على العصب العادي القريب. تم تطبيق سلسلة من التحفيزات المتزايدة في السعة على العصب حتى تم الحصول على قيم CMAP القصوى وتسجيل النتائج. تم تطبيق منهجية مماثلة على المكون الجلدي ولكن مع وضع قطب التسجيل على العصب وتحفيز القطب على الأدمة. للتقييم الحسي للفئران 4690 في 9 أشهر ، وجد أن الكسب غير المشروع الجلدي قد ندوب ًا جدًا بحيث لا يسمح بإجراء الاختبار.

Video 1
فيديو 1: تقلص العضلات داخل C-RPNI. يمكن رؤية زوج من ملقط إلى يسار الفيديو يضغط بلطف على العصب العادي القريب. وهذا يؤدي إلى تقلص المكون العضلي لـ C-RPNI البالغ من العمر 3 أشهر والمرئي للمشاهد. يرجى الضغط هنا لعرض هذا الفيديو (انقر على اليمين للتحميل).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

وC-RPNI هو بناء الرواية التي توفر تضخيم في وقت واحد من إشارات efferent المحرك العصب المستهدف مع توفير ردود الفعل الحسية afferent. على وجه الخصوص ، فإن C-RPNI له فائدة فريدة لأولئك الذين يعيشون مع بتر اتبهي ، حيث لا يمكن بسهولة فصل اللفافات الحركية والحسية ميكانيكيًا أثناء الجراحة. بدلا من ذلك، يستخدم C-RPNI خصائص reinnervation التفضيلية المتأصلة للعصب نفسه لتشجيع إعادة الألياف الحسية إلى الأجهزة الجلدية الطرف الحسية والألياف الحركية إلى تقاطعات العصبية والعضلية.

كما C-RPNI تصنيع يعتمد على قدرات reinnervation من العصب الهدف، والتعامل الدقيق للعصب أمر بالغ الأهمية أثناء الإجراء. أثناء تشريح، تجنب التلاعب المباشر، والصدمة إلى، العصب المستهدف. إذا كان يجب التعامل مع العصب، فمن المستحسن للتلاعب epineurium أو النسيج الضام المحيطة بدلا من ذلك. على الرغم من أن مختبرنا لم يواجه تكوين ورم عصبي داخل هذا البناء ، من الناحية النظرية ، يمكن أن تزيد الصدمة العصبية الكبيرة من الخطر. وتتمثل خطوة رئيسية إضافية في هذه العملية في حصاد الطعوم الجلدية. يجب إزالة جميع أنسجة البشرة من الكسب غير المشروع hindpaw كما يحتفظ البشرة يمكن أن تزيد من خطر العدوى وإدراج الخراجات أثناء عملية الشفاء. وعلاوة على ذلك، يجب أن يكون الكسب غير المشروع الجلد رقيقة بشكل كاف لتعزيز imbibition وإعادة الأوعية الدموية في جميع أنحاء الكسب غير المشروع وتجنب نقص التروية والنخر كبيرة.

على الرغم من أن معظم الدراسات التي أجريت مع C-RPNI قد أجريت على العصب الشبقية المشترك، يمكن استبدال أي العصب الحسي الحركي المختلط. يمكن استخدام محرك نقي أو العصب الحسي النقي ، ولكن من الصعب التنبؤ بالنتائج ومن المرجح أن تؤدي إلى إما العضلات أو التمزق الجلدي ، على التوالي. فيما يتعلق بالكسب غير المشروع للعضلات ، طالما تتم إزالة البايميزيوم من الجزء الذي يتصل بالعصب ، يمكن استخدام أي طعم عضلي مشابه في الحجم طالما أنه يحتوي على أنسجة وترية أو لفافية في أي من الطرفين مناسبللرسو على البريوستوم القريب. للكسب غير المشروع الجلد، ويستخدم على وجه التحديد الأنسجة glabrous نظرا لاحتمال نمو الشعر بعد التطعيم. وقد سبق محاولة الجلد غير الغلابروس، ولكن نظرا لصعوبة إزالة بصيلات الشعر الفردية، وكان جميع البنى الناتجة نمو الشعر كبيرة، والتهاب، وتندب بعد فترة النضج لمدة ثلاثة أشهر. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام أنواع الفئران الأخرى ، ولكن ينصح لويس وفيشر الفئران لهذه التجربة والعديد من أنواع الفئران الأخرى سوف تشوه نفسها الثانوية إلى استئصال العصب39،40.

وبالنظر إلى التأخير بين الإجراء والنتائج، من الصعب معرفة ما إذا كان يجب إجراء أي تعديلات على الطريقة في وقت مبكّر. العدوى هي خطر نظري نادرا ما يواجهه مختبرنا، ولكن إذا حدثت العدوى، فإنها عادة ما تستجيب للمضادات الحيوية. في بعض الأحيان ، تمضغ الفئران شقوقها مما يسبب الهسة ، ويمكن علاج ذلك بالغسل والتنضيب وإعادة الإغلاق. إذا، بعد ثلاثة أشهر في وقت التعرض، تم العثور على بناء لتكون غير وظيفية و / أو ندوب، وهناك العديد من الأسباب المحتملة. في بعض الأحيان ، إذا لم يتم تأمين العصب بشكل صحيح إلى البناء مع ثلاث غرز على الأقل ، يمكن أن يتمزق العصب من البناء مع الانتفاخ. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للعضلات و / أو الطعوم الجلدية necrose، مما تسبب في الفشل. عادة، وهذا هو نتيجة إما العدوى المتكررة، الكسب غير المشروع الجلد يجري سميكة جدا، أو العضلات التالفة جدا في الحصاد لاسترداد بشكل صحيح. بالإضافة إلى ذلك، إذا لم يتم تأمين العضلات إلى periosteum على طول الراحة، يمكن أن يكون ضعف الانكماش مما تسبب في إشارات غير كافية أثناء الاختبار. في بعض الأحيان ، سوف تظهر البناء قابلة للحياة ولكنها تفشل في إنتاج ما يكفي من CMAPs / CSNAPs على الاختبار (5-10٪ من الإنشاءات ، في المتوسط). هذا يمكن أن يكون ثانويا للفشل في المعدات، وارتفاع مقاومة القطب، أو استدعاء الجلد كبيرة. يمكن استدعاء الجلد أن يضعف ويمنع نقل الإشارة تمامًا إذا لم يتم تخفيف الأدمة بشكل صحيح أثناء التصنيع. إذا كان أي من الأحداث المذكورة السابقة ينظر إليها بشكل متكرر أثناء عملية الاختبار، يجب على المرء العودة إلى البروتوكول وإجراء التعديلات المناسبة. في تجربة مختبرنا مع أكثر من 90 بناء C-RPNI الناجح ، فإن معدل الفشل لدينا هو <5٪ وعادة ما يعزى إلى الخطأ الجراحي أثناء التصنيع.

الأساليب المستخدمة عادة لتضخيم أو تسجيل الإشارات العصبية تشمل لوحات عصبية مرنة18، أقطاب الكفة خارج العصبية19،20،21،22،23، الأنسجة اختراق الأقطاب24،25،31،32، والأقطاب داخل الفاسكة26،27،28، وكلها قد ارتبطت مع إصابة الأنسجة، انحطاط عصبي، و / أو تشكيل ندبة الأنسجة. وغالبا ما يعزى هذا تندب إلى الاستجابة المزمنة الجسم الغريب الساكن29 والقص الإجهاد الناجم عن الاختلافات في Moduli يونغ30. وC-RPNI، ومع ذلك، هو بناء البيولوجية، وبالتالي لا تحفز استجابة الجسم الغريب في الأنسجة العصبية. بالإضافة إلى ذلك، خصائصه الميكانيكية هي عدة عوامل أقرب إلى الأنسجة العصبية من الأقطاب الكهربائية. لم يظهر التحليل التأريخي لهذه العينات أي درجة كبيرة من تكوين الأنسجة الندبة في العصب مع الاستخدام المزمن ، مما يسمح لـ C-RPNI بالتفاعل مع العصب لفترات طويلة بالمقارنة مع الأساليب المذكورة أعلاه. على الرغم من أن هذه الطريقة فعالة للغاية في تضخيم الإشارات الحركية efferent ، إلا أنها محدودة فيما يتعلق بإنتاج الإشارات الحسية. لقد قمنا بقياس ووصف نقل الإشارة المنتجة مع التحفيز الميكانيكي والكهربائي للمكون الجلدي من C-RPNI36; ومع ذلك ، لا يمكن لهذه المواضيع الفئران تأهيل نوع أو درجة من الأحاسيس الناجمة عن تحفيز هذا البناء. على هذا النحو ، في هذا الوقت من المستحيل معرفة أي نوع من التأثير C-RPNI هو إنتاج فيما يتعلق الإحساس. وستشمل الاتجاهات المستقبلية لهذا البناء توصيف الإشارات المنتجة في العصب القريب بعد محفزات محددة مقدمة (على سبيل المثال، الحرارة والألم والضغط، وما إلى ذلك) وكذلك الارتباط مع الإمكانات المستحضرة الحسية التي تم إنشاؤها في القشرة الحسية لدماغ القوارض. هدف مختبرنا هو إنشاء أساس شامل لـ C-RPNIs الذي سيمهد الطريق للترجمة السريرية للأشخاص البشريين.

السلف إلى C-RPNI, RPNI (واجهة العصب الطرفي التجديدي), يتكون من الكسب غير المشروع العضلات الحرة تعلق على العصب العرضي, مع ألياف السيارات reinnervating سابقا التقاطعات العصبية العضلية. وقد أظهرت RPNI فائدة في البشر، مع العديد من المرضى السيطرة على الأطراف الاصطناعية المتقدمة من إشارات تضخيمها وتسجيلها من قبل هذه RPNIs34. وعلاوة على ذلك، أظهرت هذه RPNIs آثار العلاج مفيدة خارج السيطرة على الأطراف الاصطناعية، مع العديد من الدراسات الأولية بأثر رجعي والمحتملين تظهر انخفاض تكوين الورم العصبي، والألم المزمن، وآلام الأطراف الوهمية في أولئك المرضى الذين يعانون من بتر الأطراف. على الرغم من هذه النجاحات، شكوى شائعة لأولئك الذين يستخدمون هذه الأطراف الاصطناعية المتقدمة، ومع ذلك، هو الحاجة إلى تصور الأطراف الاصطناعية أثناء الاستخدام لأن هذه الأطراف الاصطناعية تفتقر إلى الإنشاء وتقديم الحد الأدنى من التغذية المرتدة الحسية. يمكن أن يكون C-RPNI حلاً لهذا النقد الشائع من خلال توفير طريقة لتقديم التغذية المرتدة الحسية عبر المكون الجلدي ، مما يؤدي إلى تحقيق الأطراف الاصطناعية المثالية المرغوبة بشدة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

وليس لدى أصحاب البلاغ أي إفصاحات.

Acknowledgments

ويود المؤلفون أن يشكروا جانا مون على المساعدة التقنية الخبيرة. تم تمويل الدراسات المقدمة في هذه الورقة من خلال منحة R21 (R21NS104584) إلى SK.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
#15 Scalpel Aspen Surgical, Inc Ref 371115 Rib-Back Carbon Steel Surgical Blades (#15)
4-0 Chromic Suture Ethicon SKU# 1654G P-3 Reverse Cutting Needle
5-0 Chromic Suture Ethicon SKU# 687G P-3 Reverse Cutting Needle
6-0 Ethilon Suture Ethicon SKU# 697G P-1 Reverse Cutting Needle (Nylon suture)
8-0 Monofilament Suture AROSurgical T06A08N14-13 Black polyamide monofilament suture on a threaded tapered needle
Experimental Rats Envigo F344-NH-sd Rats are Fischer F344 Strain
Fluriso (Isofluorane) VetOne 13985-528-40 Inhalational Anesthetic
Micro Motor High Speed Drill with Stone Master Mechanic Model 151369 Handheld rotary tool; kit comes with multiple fine grit stones
Oxygen Cryogenic Gases UN1072 Standard medical grade oxygen canisters
Potassium Chloride APP Pharmaceuticals 63323-965-20 Injectable form, 2 mEq/mL
Povidone Iodine USP MediChoice 65517-0009-1 10% Topical Solution, can use one bottle for multiple surgical preps
Puralube Vet Opthalmic Ointment Dechra 17033-211-38 Corneal protective ointment for use during procedure
Rimadyl (Caprofen) Zoetis, Inc. NADA# 141-199 Injectable form, 50 mg/mL
Stereo Microscope Leica Model M60 User can adjust magnification to their preference
Surgical Instruments Fine Science Tools Various User can choose instruments according to personal preference or from what is currently available in their lab
Triple Antibiotic Ointment MediChoice 39892-0830-2 Ointment comes in sterile, disposable packets
VaporStick 3 Surgivet V7015 Anesthesia tower with space for isofluorane and oxygen canister
Webcol Alcohol Prep Coviden Ref 6818 Alcohol prep wipes; use a new wipe for each prep

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Biddiss, E. A., Chau, T. T. Upper limb prosthesis use and abandonment: A survey of the last 25 years. Prosthetics and Orthotics International. 31 (3), 236-257 (2007).
  2. Kung, T. A., et al. Regenerative peripheralnerve interface viability and signal transduction with an implanted electrode. Plastic and Reconstructive Surgery. 133 (6), 1380-1394 (2014).
  3. Larson, J. V., et al. Prototype Sensory Regenerative Peripheral Nerve Interface for Artificial Limb Somatosensory Feedback. Plastic and Reconstructive Surgery. 133 (3 Suppl), 26-27 (2014).
  4. Hijjawi, J. B., et al. Improved myoelectric prosthesis control accomplished using multiple nerve transfers. Plastic and Reconstructive Surgery. 118 (7), 1573-1578 (2006).
  5. Pylatiuk, C., Schulz, S., Döderlein, L. Results of an Internet survey of myoelectric prosthetic hand users. Prosthetics and Orthotics International. 31 (4), 362-370 (2007).
  6. Baghmanli, Z., et al. Biological and electrophysiologic effects of poly(3,4-ethylenedioxythiophene) on regenerating peripheral nerve fibers. Plastic and Reconstructive Surgery. 132 (2), 374-385 (2013).
  7. Dhillon, G. S., Horch, K. W. Direct neural sensory feedback and control of a prosthetic arm. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. 13 (4), 468-472 (2005).
  8. Romo, R., Hernández, A., Zainos, A., Salinos, E. Somatosensory discrimination based on cortical microstimulation. Nature. 392, 387-390 (1998).
  9. O'Doherty, J., et al. Active tactile exploration using a brain-machine-brain interface. Nature. 479, 228-231 (2011).
  10. Stein, R. B., Walley, M. Functional comparison of upper extremity amputees using myoelectric and conventional prostheses. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 64 (6), 243-248 (1983).
  11. Millstein, S. G., Heger, H., Hunter, G. A. Prosthetic Use in Adult Upper Limb Amputees: A Comparison of the Body Powered and Electrically Powered Prostheses. Prosthetics and Orthotics International. 10 (1), 27-34 (1986).
  12. Zollo, L., et al. Restoring tactile sensations via neural interfaces for real-time force-and-slippage closed-loop control of bionic hands. Science Robotics. 4 (27), eaau9924 (2019).
  13. Tan, D. W., et al. A neural interface provides long-term stable natural touch perception. Science Translational Medicine. 6 (257), 257ra138 (2014).
  14. Stieglitz, T., et al. On Biocompatibility and Stability of Transversal Intrafascicular Multichannel Electrodes-TIME. Converging Clinical and Engineering Research on Neurorehabilitation II. 15, 731-735 (2017).
  15. Petrini, F. M., et al. Six-months assessment of a hand prosthesis with intraneural tactile feedback. Annals of Neurology. 85 (1), 137-154 (2019).
  16. Jung, R., Abbas, J., Kuntaegowdanahalli, S., Thota, A. Bionic intrafascicular interfaces for recording and stimulating peripheral nerve fibers. Bioelectronics in Medicine. 1 (1), 55-69 (2018).
  17. Micera, S., Navarro, X., Yoshida, K. Interfacing With the Peripheral Nervous System to Develop Innovative Neuroprostheses. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. 17 (5), 417-419 (2009).
  18. Stieglitz, T., Schuettler, M., Schneider, A., Valderrama, E., Navarro, X. Noninvasive measurement of torque development in the rat foot: measurement setup and results from stimulation of the sciatic nerve with polyimide-based cuff electrodes. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. 11 (4), 427-437 (2003).
  19. Polasek, K. H., Hoyen, H. A., Keith, M. W., Tyler, D. J. Human nerve stimulation thresholds and selectivity using a multi-contact nerve cuff electrode. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. 15 (1), 76-82 (2007).
  20. Nielson, K. D., Watts, C., Clark, W. K. Peripheral nerve injury from implantation of chronic stimulating electrodes for pain control. Surgical Neurology. 5 (1), 51-53 (1976).
  21. Waters, R. L., McNeal, D. R., Faloon, W., Clifford, B. Functional electrical stimulation of the peroneal nerve for hemiplegia. Long-term clinical follow-up. Journal of Bone and Joint Surgery. 67 (5), 792-793 (1985).
  22. Larsen, J. O., Thomsen, M., Haugland, M., Sinkjaer, T. Degeneration and regeneration in rabbit peripheral nerve with long-term nerve cuff electrode implant: a stereological study of myelinated and unmyelinated axons. Acta Neuropathologica. 96 (4), 365-378 (1998).
  23. Krarup, C., Loeb, G. E., Pezeshkpour, G. H. Conduction studies in peripheral cat nerve using implanted electrodes: III. The effects of prolonged constriction on the distal nerve segment. Muscle Nerve. 12 (11), 915-928 (1989).
  24. Micera, S., Navarro, X. Bidirectional interfaces with the peripheral nervous system. International Review of Neurobiology. 86, 23-38 (2009).
  25. Urbanchek, M. G., et al. Microscale Electrode Implantation during Nerve Repair: Effects on Nerve Morphology, Electromyography, and Recovery of Muscle Contractile Function. Plastic and Reconstructive Surgery. 128 (4), 270e-278e (2011).
  26. Yoshida, K., Horch, K. Selective stimulation of peripheral nerve fibers using dual intrafascicular electrodes. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 40 (5), 492-494 (1993).
  27. Branner, A., Stein, R. B., Normann, R. A. Selective stimulation of cat sciatic nerve using an array of varying length microelectrodes. Journal of Neurophysiology. 85 (4), 1585-1594 (2001).
  28. Zheng, X. J., Zhang, J., Chen, T., Chen, Z. Longitudinally implanted intrascicular electrodes for stimulating and recording fascicular physioelectrical signals in the sciatic nerve of rabbits. Microsurgery. 23, 268-273 (2003).
  29. del Valle, J., Navarro, X. Interfaces with the peripheral nerve for the control of neuroprostheses. International Review of Neurobiology. 109, 63-83 (2013).
  30. Stiller, A. M., et al. A Meta-Analysis of Intracortical Device Stiffness and Its Correlation with Histological Outcomes. Micromachines. 9 (9), 443 (2018).
  31. Hanson, T., Diaz-Botia, C., Kharazia, V., Maharbiz, M., Sabes, P. The "sewing machine" for minimally invasive neural recording. bioRxiv. , Published online (2019).
  32. Yang, X., et al. Bioinspired neuron-like electronics. Nature Materials. 18, 510-517 (2019).
  33. Irwin, Z. T., et al. Chronic recording of hand prosthesis control signals via a regenerative peripheral nerve interface in a rhesus macaque. Journal of Neural Engineering. 13 (4), 046007 (2016).
  34. Kubiak, C. A., et al. Abstract 24: Successful Control of Virtual and Robotic Hands using Neuroprosthetic Signals from Regenerative Peripheral Nerve Interfaces in a Human Subject. Plastic and Reconstructive Surgery Global Open. 6 (4), 19-20 (2018).
  35. Sando, I. C., et al. Dermal-Based Peripheral Nerve Interface for Transduction of Sensory Feedback. Plastic and Reconstructive Surgery. 136 (4 Suppl), 19-20 (2015).
  36. Kubiak, C. A., et al. Abstract 36: Viability and Signal Transduction with the Composite Regenerative Peripheral Nerve Interface (C-RPNI). Plastic and Reconstructive Surgery Global Open. 7 (4), 26-27 (2019).
  37. Kubiak, C. A., et al. Abstract QS18: Neural Signal Transduction with the Muscle Cuff Regenerative Peripheral Nerve Interface. Plastic and Reconstructive Surgery Global Open. 7 (4 Suppl), 114 (2019).
  38. Woo, S. L., et al. Utilizing nonvascularized partial skeletal muscle grafts in peripheral nerve interfaces for prosthetic control. Journal of the American College of Surgeons. 219 (4), e136-e137 (2014).
  39. Sporel-Özakat, R. E., Edwards, P. M., Hepgul, K. T., Savas, A., Gispen, W. H. A simple method for reducing autotomy in rats after peripheral nerve lesions. Journal of Neuroscience Methods. 36 (2-3), 263-265 (1991).
  40. Carr, M. M., Best, T. J., Mackinnon, S. E., Evans, P. J. Strain differences in autotomy in rats undergoing sciatic nerve transection or repair. Annals of Plastic Surgery. 28 (6), 538-544 (1992).

Tags

الهندسة الحيوية، العدد 156، واجهة الأعصاب الطرفية، التحكم في الأطراف الاصطناعية، C-RPNI، نظام التغذية المرتدة العصبية
تصنيع الواجهة العصبية الطرفية التتجدد المركبة (C-RPNI) في الجرذ البالغ
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Svientek, S. R., Ursu, D. C.,… More

Svientek, S. R., Ursu, D. C., Cederna, P. S., Kemp, S. W. P. Fabrication of the Composite Regenerative Peripheral Nerve Interface (C-RPNI) in the Adult Rat. J. Vis. Exp. (156), e60841, doi:10.3791/60841 (2020).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter