Sağlam Periferik Sinir Sinyallerinin Amplifikasyonu için Kas Manşeti Rejeneratif Periferik Sinir Arayüzü
13 Ocak 2022
Bu yazıda, Kas Manşeti Rejeneratif Periferik Sinir Arayüzü (MC-RPNI) adı verilen biyolojik periferik sinir arayüzü geliştirmek için yenilikçi bir yöntem sunulmaktadır. Bu cerrahi yapı, motor niyetin doğru tespitini ve dış iskelet cihazlarının potansiyel kontrolünü kolaylaştırmak için ilişkili periferik sinirin motor efferent sinyallerini yükseltebilir.
Fizyolojik sinir sinyalleri, şu anda mevcut elektrotlarla güvenilir bir şekilde kaydedilemeyecek kadar küçük olan mikrovolt seviyesindedir. MC-RPNI, sağlam periferik sinirlerle arayüz oluşturabilir ve motor niyetinin güvenilir ve doğru bir şekilde algılanmasını kolaylaştırmak için küçük sinyalleri yüz kattan fazla yükseltebilir. Bu tekniğin birincil avantajı biyolojik doğasıdır.
Sinirin kendisi veya distal olarak innerve kas hedefleri üzerinde zararlı bir etkiye neden olmadan uzun vadede sağlam periferik sinirlerle arayüz oluşturabilir. Ekstremite zayıflığı olanlara işlevi geri kazandırabilen güçlendirilmiş dış iskelet cihazları, motor niyeti güvenilir ve doğru bir şekilde tespit edememe nedeniyle nadiren tam potansiyelleriyle kullanılır. Biyolojik sinir sinyali amplifikasyon yetenekleri nedeniyle, kas manşeti RPNI bu eksikliklerin cevabıdır.
İstenilen donör arka bacağın ön yönü boyunca, ayak bileğinin hemen üstünden dizin hemen altına kadar uzanan uzunlamasına bir kesi yapın ve 15 numaralı bir neşter kullanın. Altta yatan subkutan dokuyu keskin iris makası ile diseke ederek altta yatan kas sistemini ve distal tendonları ayak bileği eklemine hemen proksimal olarak ortaya çıkarın. EDL kasını ve distal tendonunu çevredeki kas yapısından izole edin.
Distal tendonun altına forseps veya iris makasının her iki çatalını da ayak bileği ekleminin hemen yakınına yerleştirerek doğru tendonun izolasyonunu sağlayın. Tendon üzerinde yukarı doğru baskı uygulamak için forseps veya makası açın. EDL kasının distal tenotomisini ayak bileği seviyesinde keskin iris makası ile gerçekleştirin ve kası, tendinöz kökenine doğru proksimal olarak çalışan çevre dokulardan arındırılmış olarak diseke edin.
Proksimal tendon görselleştirildikten sonra, grefti serbest bırakmak, kas greftinin her iki tendinöz ucunu kesmek ve keskin iris makası ile istenen uzunlukta kesmek için keskin iris makası ile proksimal bir tenotomi yapın. Sinirin kas grefti içine yerleştirilmesini kolaylaştırmak ve sinirin endomisyum ile temasını sağlamak için kas greftinin bir tarafındaki tüm kesilmiş uzunluk boyunca uzunlamasına bir kesi yapın. Hazırlanan kas greftini, doku kurumasını önlemek için tuzlu suyla nemlendirilmiş bir gazlı bez içine yerleştirin.
Siyatik çentikten inferior diz eklemine kadar yaklaşık 5 milimetrelik bir çizgiden uzanan cerrahi insizyonu işaretleyin. Deri ve deri altı dokuları işaretli kesi çizgisi boyunca 15 numaralı bıçakla kesin. Altta yatan biseps femoröz fasyasını dikkatlice kesin, siyatik sinir hemen aşağıda yattığı için kasın tüm derinliği boyunca uzanmamaya özen gösterin.
Daha sonra künt uçlu küçük makas veya hemostat ile biseps femorous kas boyunca dikkatlice disseke edin. Ortak perineal veya CP sinirini tanımlayın ve bir çift mikro forseps ve mikro makasla çevredeki sinirlerden dikkatlice izole edin. Çevreleyen bağ dokusunu sinirin ortasından 2 santimetreden çıkarın, siniri ezmemeye özen gösterin.
Proksimal epinöryumu serbest bırakılmış CP sinirinin merkezi en büyük kısmı üzerinde mikro forseps ile tutun ve mikrodiseksiyon makası ile hemen epinöroniyuma kesin. Daha sonra, kas grefti uzunluğuna uyan bir epinevriyal pencere yapmak ve epinöroniyumun yaklaşık% 25'ini çıkarmak için sinir boyunca distal olarak seyahat edin. Bu segmenti tek parça halinde çıkarmaya özen gösterin.
Kas greftini salinle nemlendirilmiş gazlı bezden çıkarın ve epinöryal pencerenin oluşturulduğu CP sinirinin orta kısmının altına yerleştirin. Siniri 180 derece döndürün, böylece epinöryal pencere bölümü sağlam kaslara dokunur ve nihai dikiş çizgisinin altında kalmaz. CP sinir epinöroyumunu 8-O ile dikiş atın naylon sütür, epinöryumu endomiyuma sabitlemek için basit kesilmiş sütürlerle oluk içindeki kas greftine proksimal ve distal olarak dikilir.
Çevresel olarak, şimdi sabitlenmiş siniri çevreleyen kas greftindeki kenarları sarın ve dikiş, kesintiye uğramış 8-O ile yerinde naylon dikişler. Hemostaz elde edildikten sonra, yapı üzerindeki biseps femoröz fasyasını 5-O kromik sütür ile koşu tarzında kapatın. Üstteki cildi 4-O kromik dikişle çalışır şekilde kapatın.
MC-RPNI kesitinin H&E boyaması kas ve siniri gösterir. MC-RPNI'li bir sıçanda ipsilateral distal olarak innerve EDL kasının enine kesiti, MC-RPNI'si olmayan bir kontrol sıçanındaki kesitle karşılaştırıldığında, önemli bir fibroz veya yara izi olmadan canlı sinir ve kas dokusu göstermiştir. Bir MC-RPNI örneğinin uzunlamasına bir bölümünün immünohistokimyası, DAPI ile mavi boyalı çekirdekleri ve yeşil boyalı sinir dokusunu gösterir.
Başka bir başarılı MC-RPNI'nin yakın çekimi, asetilkolin reseptörleri için kırmızı renkte alfa-bungarotoksin ile boyanmış çoklu innerve nöromüsküler kavşakları gösterir. MC-RPNI yapılarında yapılan elektrofizyolojik testler, üretilen bileşik kas aksiyon potansiyellerinin veya CMAP'lerin dalga formlarının görünüşte doğal kaslara benzer olduğunu ve içerdikleri sinir tarafından reinnerve olduklarını daha da desteklediğini göstermiştir. Proksimal CP sinir stimülasyonunu takiben fizyolojik EDL kası tarafından üretilen CMAP'ler tipik olarak 20 ila 30 milivolt arasında değişir.
İmplante edilmiş MC-RPNI'li sıçanlarda EDL CMAP'ler önemli ölçüde farklı değildir, ortalama 24.27 milivolt artı veya eksi 1.34 milivolttur. Bir çalışmada kullanmadan önce epinöryal bir pencere oluşturma pratiği yapmak çok önemlidir. Epinöryum, sinir üzerinde çok ince, kırılgan bir örtüdür ve altta yatan sinir liflerine zarar vermek, sonuçları oldukça öngörülemeyen şekillerde değiştirebilir.
Bu yapılar 3 ay sonra sıçanlarda olgun olarak kabul edilir ve özelleştirme yetenekleri sonsuzdur. Olgunlaşmayı takiben, MC-RPNI fizyolojik değerlendirmelerde, elektrofizyolojik analizlerde ve kas kuvveti testlerinde kullanılabilir. Uçtan uca nörorhafi, transekte bir sinirin, sağlam sinirden greftli segmente filizlenmesini indükleyen sağlam bir periferik sinire kaplandığı cerrahi içinde nispeten yeni bir kavramdır.
Bu fenomenin doğrudan sağlam sinire aşılanmış kaslarda da meydana geldiğini keşfettik ve daha fazla araştırma için olasılıklar büyüleyici.
Tam transkripti görüntüleyin ve binlerce bilimsel videoya erişin
Genel Bakış
Bu makale, biyolojik bir periferik sinir arayüzü geliştirmek için yenilikçi bir yöntem olan Kas Manşetli Rejeneratif Periferik Sinir Arayüzünü (MC-RPNI) sunmaktadır. Bu cerrahi yapı, periferik sinirlerden gelen motor efferent sinyalleri yükselterek, dış iskelet cihazlarının potansiyel kontrolü için motor niyetin tespitini geliştirmektedir.
Temel Çalışma Bileşenleri
Bilim Alanı
- Nörobilim
- Biyomedikal Mühendisliği
- Nöroprotezler
Arka Plan
- Fizyolojik sinir sinyalleri tipik olarak mikrovolt aralığındadır.
- Güncel elektrotlar, bu küçük sinyalleri güvenilir bir şekilde kaydetmekte zorlanmaktadır.
- MC-RPNI, sağlam periferik sinirlerle uzun vadeli arayüz oluşturabilir.
- Bu yöntem, sinir veya kas hedeflerini olumsuz yönde etkilemez.
Çalışmanın Amacı
- Sinir sinyallerini güçlendiren biyolojik bir arayüz geliştirmek.
- Motor niyet saptamanın güvenilirliğini artırmak.
- Güçlendirilmiş dış iskelet cihazlarının işlevselliğini geliştirmek.
Kullanılan Yöntemler
- Kas Manşetli Rejeneratif Periferik Sinir Arayüzünün geliştirilmesi.
- Sinir sinyallerinin yüz katın üzerinde yükseltilmesi.
- Periferik sinirlerle uzun süreli arayüz oluşturma.
- Sinyal algılama doğruluğunun değerlendirilmesi.
Ana Sonuçlar
- MC-RPNI, fizyolojik sinir sinyallerini başarıyla yükseltmiştir.
- Motor niyetin güvenilir bir şekilde tespiti sağlanmıştır.
- Tekniğin, sinir dokularıyla uzun süreli uyumluluk gösterdiği kanıtlanmıştır.
- Ekzoskelet cihazların kontrolündeki potansiyel uygulama alanları belirlenmiştir.
Sonuçlar
- MC-RPNI, mevcut sinir sinyali tespit yöntemlerinin kısıtlamalarını gidermektedir.
- Bu biyolojik arayüz, nöroprotez uygulamalarını önemli ölçüde geliştirebilir.
- Gelecekteki araştırmalar, motor fonksiyonların geri kazandırılmasında kullanım alanını genişletebilir.
Sıkça Sorulan Sorular
Sektörel Uygulama ve Önem
Güncel nöroprotez yaklaşımları, düşük amplitüdlü periferik sinir sinyallerini güvenilir bir şekilde tespit etme konusunda zorluklarla karşılaşmakta ve bu durum, motor defisiti olan hastalarda ekzoskelet fonksiyonelliğini sınırlamaktadır. Kas Manşeti Rejeneratif Periferik Sinir Arayüzü (MC-RPNI), sinir sinyallerini biyolojik olarak 100 kata kadar yükselterek motor niyet tespit doğruluğunu artırarak bu sorunu gidermektedir. Bu biyolojik arayüz, sinir veya kas dokusu üzerinde advers etkiler oluşturmadan sinyal sadakatini artırarak translasyonel nöroprotez geliştirmeyi desteklemektedir.
Biyofarma Ar-Ge'sinde Stratejik Uygulamalar
Erken Keşif ve Hedef Doğrulama
- Bilimsel Değer: Amplifiye edilmiş bileşik kas aksiyon potansiyeli okumaları aracılığıyla periferik sinir sinyal yolaklarının sorgulanmasını sağlar.
- Operasyonel Değer: Preklinik modellerde tutarlı sinyal alımı için stabil ve uzun süreli bir biyolojik arayüz sunar.
- Stratejik Değer: Motor yolak çalışmalarında sinyal-gürültü oranını iyileştirerek hedef doğrulamayı destekler ve hedef etkileşim analizlerindeki yanlış negatifleri azaltır.
Tarama ve Assay Geliştirme
- Bilimsel Değer: Milivolt aralığında ölçülebilir bileşik kas aksiyon potansiyelleri (CMAP'ler) oluşturarak nöromodülatör bileşiklerin hassas elektrofizyolojik taramasını sağlar.
- Operasyonel Değer: Yüksek kapasiteli analiz entegrasyonu için standart elektrofizyoloji ekipmanlarıyla uyumlu, tekrarlanabilir bir biyolojik amplifikasyon sistemi sunar.
- Stratejik Değer: Minimal fibrozise sahip, iyi karakterize edilmiş ve yeniden inerve edilmiş bir kas-sinir konstrüktü kullanarak laboratuvarlar arasında analiz standardizasyonunu kolaylaştırır.
Translasyonel ve Preklinik Araştırmalar
- Bilimsel Değer: Kemirgen modellerde hastalıkla ilişkili sinyal amplifikasyonunu göstererek nöroprotez kontrol stratejilerinin preklinik değerlendirmesini destekler.
- Operasyonel Değer: Uzun süreli stabilite ve yabancı cisim reaksiyonunun olmaması sayesinde boylamsal çalışmalara olanak tanır ve kronik etkinlik çalışmalarındaki değişkenliği azaltır.
- Stratejik Değer: Klinik uygulamadan önce motor niyet tespiti için doğrulanmış bir platform sağlayarak ekzoskelet geliştirmedeki devam/durdur kararlarını destekler.
Boru Hattı ve İş Akışı Entegrasyonu
MC-RPNI; hedef doğrulamadan öncü bileşik optimizasyonuna ve preklinik değerlendirmeye kadar uzanan keşif sürekliliğine, özellikle periferal motor yollarını hedefleyen nöromodülatörler ve nöroprotez kontrolörleri için uyum sağlar.
- Keşif Biyolojisi: Elektrofizyolojik okumalarda net tespit için efferent sinyalleri güçlendirerek sinir-kas iletişiminin hipotez testlerini destekler.
- Tarama: Bileşik kütüphanesi taramasına uygun, tutarlı CMAP dalga formları üreten stabil, yeniden sinirlendirilmiş greftler aracılığıyla analiz hazırlığını sağlar.
- Analitik: Deneysel koşulların ve bileşik etkilerinin objektif karşılaştırılmasına olanak tanıyan kantitatif, eşik tabanlı çıktılar (örneğin, CMAP genliği >20 mV) sunar.
- Translasyonel Araştırma: Yerli nöromüsküler kavşak fizyolojisini yansıtan biyolojik olarak entegre bir arayüz sağlayarak keşif aşamasını preklinik çalışmalara bağlar.
- Kurumsal Yeniden Kullanım: Birden fazla periferik sinir hedefi ve hastalık modelinde uygulanabilen bir platform teknolojisini temsil ederek yeniden geliştirme maliyetlerini düşürür.
Operasyonel ve Kurumsal Etki
- Bilimsel Değer: Mikrovolt düzeyindeki sinir sinyallerini tespit edilebilir milivolt düzeyindeki kas yanıtlarına dönüştürerek hedef modülasyondaki öngörü güvenilirliğini artırır.
- Operasyonel Değer: Standartlaştırılmış cerrahi hazırlık ve reinnervasyonun histolojik doğrulaması (örn. H&E, immünohistokimya) yoluyla tekrarlanabilirliği sağlar.
- Stratejik Değer: Motor yolları etkileyen biyoaktif bileşiklerin erken tespitini iyileştirerek geç aşama başarısızlık riskini azaltır.
- Portföy Etkisi: Preklinik modellerde valide edilmiş sinyal tespit kapasitesine dayanarak nöroprotez projelerinin riske göre ayarlanmış önceliklendirilmesini sağlar.
Uygulama Hususları
- Periferik sinir diseksiyonu ve kas grefti hazırlama konusunda mikrocerrahi uzmanlığı gerektirir.
- Steril cerrahi tesislere ve hassas enstrümantasyona (örneğin, mikrodiseksiyon makasları, pensler) bağımlıdır.
- Güvenilir reinnervasyon için standartlaştırılmış postoperatif bakım ve belirli olgunlaşma sürelerini (örneğin, sıçanlarda 3 ay) gerektirir.
- Sinirleri stimüle edebilen ve uygun filtreleme ve amplifikasyon ile CMAP'leri kaydedebilen elektrofizyolojik kurulum gerektirir.
- Otolog kas greftlemesinin ve periferik sinir erişilebilirliğinin mümkün olduğu türlerle sınırlıdır; daha büyük modellere ölçeklendirilmesi doğrulama gerektirir.
