Una caja de herramientas de diseño de implantes neurales para primates no humanos

Resumen

Este artículo describe los procesos automatizados para la planificación neuroquirúrgica de primates no humanos basados en imágenes de resonancia magnética (IRM). Estas técnicas utilizan pasos de procedimiento en plataformas de programación y diseño para respaldar el diseño de implantes personalizados para NHP. La validez de cada componente se puede confirmar utilizando modelos anatómicos tridimensionales (3D) impresos a tamaño real.

Resumen

Este artículo describe un método interno de modelado 3D del cerebro y el cráneo a partir de imágenes de resonancia magnética (IRM) adaptadas para la planificación neuroquirúrgica de primates no humanos (NHP). Esta técnica automatizada basada en software computacional proporciona una forma eficiente de extraer características del cerebro y el cráneo de los archivos de resonancia magnética, a diferencia de las técnicas tradicionales de extracción manual que utilizan software de imágenes. Además, el procedimiento proporciona un método para visualizar el cerebro y el cráneo craneotomizado juntos para una planificación quirúrgica virtual e intuitiva. Esto genera una reducción drástica de tiempo y recursos con respecto a los requeridos por trabajos anteriores, que se basaban en la impresión 3D iterativa. El proceso de modelado del cráneo crea una huella que se exporta al software de modelado para diseñar cámaras craneales y postes de cabeza a medida para la implantación quirúrgica. Los implantes quirúrgicos hechos a medida minimizan los espacios entre el implante y el cráneo que podrían introducir complicaciones, como infecciones o disminución de la estabilidad. Al implementar estos pasos prequirúrgicos, se reducen las complicaciones quirúrgicas y experimentales. Estas técnicas pueden adaptarse a otros procesos quirúrgicos, lo que facilita una planificación experimental más eficiente y eficaz para los investigadores y, potencialmente, para los neurocirujanos.

Introducción

Los primates no humanos (NHP, por sus siglas en inglés) son modelos invaluables para la investigación médica traslacional porque son evolutiva y conductualmente similares a los humanos. Los NHP han cobrado especial importancia en los estudios preclínicos de ingeniería neuronal porque sus cerebros son modelos muy relevantes de la función y la disfunción neuronal^{1,2,3,4,5,6,7,8}. Algunas técnicas poderosas ....

Protocolo

Todos los procedimientos que involucran animales fueron aprobados por el Comité del Instituto para el Cuidado y Uso de Animales de la Universidad de Washington. En este estudio se utilizaron un total de cuatro macacos rhesus machos adultos (Macaca mulatta). En el momento de la adquisición de la resonancia magnética, el mono H tenía 7 años, el mono L 6 años, el mono C 8,5 años y el mono B 5,5 años. A los monos H y L se les implantaron cámaras crónicas personalizadas a los 9 años de edad.

1. Aislamiento del cráneo y el cerebro (Figura 1)

1. Adquiera un archivo T1 de eco de gradien....

Discusión

Este artículo describe un método sencillo y preciso de planificación neuroquirúrgica que no solo es beneficioso para el desarrollo de componentes utilizados para el implante de la ventana craneal de NHP, sino que también es transferible a otras áreas de investigación en neurociencia de NHP 13,15,25. En comparación con otros métodos actuales de planificación y diseño de implantes NHP 25,29,30, este procedimiento tiene .......

Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
3D Printing Software (Simplify 3D) (Paid)	Simplify3D	Version 4.1	Used for 3D printing using MakerGear printer
C-Clamp	Bessey	CM22	Used for artificial dura fabrication, 2-1/2 Inch Capacity, 1-3/8 Inch Throat
Formlabs Form 3+ 3D Printer	Formlabs	Form 3+	Used for precise 3D printing
MakerGear M2 3D Printer	MakerGear	M2 revG	Used for 3D printing implant prototypes
MATLAB (Paid)	MathWorks	R2021b	Used for brain and skull isolation, virtual craniotomy visualization and skull STL reduction
Phillips Acheiva MRI System	Philips	4522 991 19391	Used for non-human primate imaging
Photopolymer Resin	Formlabs	FLGPGR04	1L, Grey, used for precise 3D prints with Formlabs printer
PreForm Print Preparation Software	Formlabs	Version 2.17.0	Used for 3D printing with Formlabs printer
Printing Filament (PLA)	MatterHackers	88331	PLA 1.75 mm White. Used for 3D printing with MakerGear printer
Silicone CAT-1300	Shin-Etsu		Used for artificial dura fabrication
Silicone KE1300-T	Shin-Etsu		Used for artificial dura fabrication
SolidWorks (Paid)	Dassault Systems	2020	Used for chamber and headpost design
Syn.Flex-S Multicoil	Philips	45221318123	Used for non-human primate imaging