S.S. ממומנת חלקית על ידי מלגת דוקטורט בת ארבע שנים מאוניברסיטת קולומביה הבריטית. A.M. נתמך חלקית על ידי מלגת בוגר קנדה - תואר שני מהמכון הקנדי לחקר הבריאות (CIHR). ד.ס. מודה על מימון מפרס Michael Smith Health Research British Columbia Scholar Award. עבודה זו מומנה חלקית על ידי ממשלת קנדה New Frontiers in Research Fund - Transformation (NFRFT-2020-00238). הסכימה באיור 1 נוצרה באמצעות Biorender.com, והמודל התלת-ממדי התקבל באישור sketchfab.com.

כל ההליכים נערכו על פי הנחיות המועצה הקנדית לטיפול בבעלי חיים ובפיקוח הוועדה לטיפול בבעלי חיים של אוניברסיטת קולומביה הבריטית. נקבות חולדות ארוכות-אוונס, במשקל 350-450 גרם ובגילאי 6-8 חודשים, שוכנו בקבוצה (21 מעלות צלזיוס; מחזור אור של 12 שעות: 12 שעות) וקיבלו גישה לתזונה סטנדרטית של מכרסמים לפני ואחרי הניתוח. פרטי הריאגנטים והציוד ששימשו למחקר זה מפורטים בטבלת החומרים.
1. הכנה טרום ניתוחית
<ol><li>לעקר את כל כלי הניתוח באמצעות autoclave.</li>
	<li>להרדים את בעל החיים עם איזופלורן (5% לזירוז ו-2% לתחזוקה) המועבר בחמצן בקצב זרימה של 1 ליטר/דקה.</li>
	<li>העבירו את בעל החיים מתא האינדוקציה לכרית חימום וחברו מיד את חרוט האף האיזופלוראני. ודא כי בעל החיים נמצא תחת מישור כירורגי של הרדמה על ידי הבטחת אובדן מוחלט של רפלקס צביטת הבוהן בשתי הרגליים.</li>
	<li>גלחו את החלק האחורי של החולדה החל מבסיס האוזניים, כפי שמוצג באיור 2A.</li>
	<li>יש למרוח כמות נדיבה של משחת עיניים סטרילית על העיניים ולהזריק בופרנורפין (מדולל ל-0.03 מ"ג/ק"ג) ו-10 מ"ל צלצולים מניקים תת עורית (מחוממים לטמפרטורת הגוף).</li>
	<li>נגבו את האזור המגולח בפילינג כירורגי מחטא (כלורהקסידין) ולאחר מכן באיזופרופיל אלכוהול בתנועה סיבובית המתחילה ממרכז האזור המגולח ומרחיבה את קוטר המעגל. חזור על תהליך הסבון / אלכוהול פעמיים נוספות.</li>
	<li>אבטחו את החיה במסגרת סטריאוטקסית, ומקמו את הראש באמצעות מוטות אוזניים משומנים ליציבות (איור 2A). הערה: לאורך כל ההליך, ספק תמיכה תרמית באופן עקבי, ודא את עומק ההרדמה באמצעות רפלקס צביטת הבוהן ועקוב אחר סימנים חיוניים.</li>
	<li>הניחו וילון כירורגי סטרילי על גבי החיה.</li>
</ol>2. חשיפה לחוט השדרה הצווארי
<ol><li>באמצעות מלקחיים סטריליים, להתחיל על ידי מישוש הבסיס של הגולגולת. חוש לתהליך ספינוס בולט המשתרע באופן רוסטרוקאודלי ליד בסיס הגולגולת; זהו C214 (איורים 1B ואיור 2B).</li>
	<li>המשיכו עם מישוש קאודלי ל-C2 כדי למצוא תהליך ספיני חד ומחודד במיוחד, שניתן לזהותו כ-T215 (איורים 1B ואיור 2C).</li>
	<li>באמצעות אזמל, צרו חתך בעור, החל מ-C2 ונמתח בצורה קאודלית לאורך כ-1.5 ס"מ (איור 2D). הערה: גודל החתך עשוי להשתנות בין בעלי חיים בגדלים שונים. הקפידו מראש על זיהוי ציוני הדרך האנטומיים והתקדמו בהתאם.</li>
	<li>חותכים בזהירות דרך שכבת השומן התת עורית עם האזמל כדי לחשוף את השרירים הגביים השלמים שמתחתיו.</li>
	<li>ברגע שהשרירים הגביים נחשפים, בצעו דיסקציה קהה על-ידי משיכתם מקו האמצע באמצעות שני מלקחיים אדסון (איור 2E). הערה: חשוב לבצע דיסקציה קהה (משיכת סיבי השריר זה מזה) ולא לחתוך את השרירים כדי למזער דימום. חשיפה מספקת של השרירים הגביים אמורה לחשוף שריר בצורת כדור (איור 2G). שריר זה מכסה לחלוטין את C2 ומכסה חלקית C3.</li>
	<li>בעזרת רונג'ורים ומלקחיים סטריליים, מרימים דש עור מיד לאזור החתוך. השתמשו ברונג'ורים כדי ליצור כיס תת-עורי קטן – זה יהיה המיקום של המכשיר (איור 2F). הערה: הכיס התת עורי צריך להיות גדול יותר מהמכשיר עצמו. מומלץ שהמנתחים/ות ימקמו את עצמם מחדש כך שיעמדו מול בעל החיים קדמית כדי לשפר את השליטה והנראות בעת פתיחת הכיס התת עורי.</li>
	<li>הניחו מעצור כדי לחשוף את עמוד השדרה (איור 2G).</li>
	<li>באמצעות רונגורים, הסר את כל השרירים או הרקמות שנותרו המכסים את החוליות והתחל לזהות את מקטעי חוט השדרה. מיד לשריר בצורת כדור נמצא C4, ואחריו C5 ו-C6 (איור 2G-I). לאחר שתסיים, לשטוף את אזור הניתוח עם מלוחים סטריליים ולייבש עם גזה סטרילית. הערה: השריר בצורת כדור עוטף באופן מלא את C2 ומשתרע חלקית על C3. מקטע חוט השדרה ישירות אליו, עם מגע מינימלי, מוגדר כ- C4.</li>
	<li>בצע laminectomies בהתאם למטרה המיועדת של הבדיקה.<ol><li>עבור בדיקה מתחת ללמינה, בצעו למינקטומיה צידית ב-C5 וב-C6, ויצרו פתח רוחבי בלמינה לצורך מיקום עתידי של הבדיקה (איור 2H, איור משלים 1A).</li>
		<li>עבור בדיקה מעל הלמינה, בצעו כריתת למינקטומיה מדיאלית של C5, וודאו שאתם לא מסירים את ההיבטים הרוחביים של התהליך הספינוסי – רק חושפים מסלול מדיאלי למיקום הגשושית (איור 2I, איור משלים 1B).</li>
		<li>לאחר כריתת הלמינקטומיה, שטפו את האזור במי מלח סטריליים וייבשו בגזה סטרילית כדי להסיר פסולת עצם. הערה: בעת ביצוע למינקטומיה, זה קריטי לדחוף את rongeurs כלפי מעלה כנגד העצם ולהימנע כל תנועות כלפי מטה כדי למנוע נזק לכבל.</li>
	</ol></li>
</ol>3. מיקום אפידורלי של המכשיר
<ol><li>החזיקו את המכשיר הסטרילי עם מלקחיים סטריליים בעלי קצה פלסטיק (איור 3A) והניעו אותו בתוך הפתח התת עורי שנוצר מוקדם יותר בשלב 2.9. הערה: חשוב להימנע מלגעת במכשיר עם כפפות/כלים לא סטריליים כדי לשמור על סטריליות המכשיר. השתמש במלקחיים סטריליות ייעודיות למיקום המכשיר ולמיקום מתחת לעור.</li>
	<li>תפרו או הדביקו את המכשיר לשכבת השריר השכנה כדי לשמור עליו מאובטח (איור 3B). הערה: השתמש בתפרים שאינם נספגים אם אתה תופר את המכשיר לשרירים. אחרת, המכשיר נוטה לתנועה לאחר ספיגת התפרים בגוף. אם אתם משתמשים בדבק, ודאו יציבות ותאימות ביולוגית לטווח ארוך של הדבק/דבק. הימנע מהצמדת המכשיר לשכבת השומן/שומן התת עורית כדי להבטיח נקודות עיגון אמינות.<ol><li>תכנן את מיקום גוף ההתקן לפני שתמשיך בשלב זה. מכיוון שהמכשיר יהיה מהודק לצמיתות, בעיות במיקום הבדיקה (שלב 3.4) יכולות להתעורר אם המכשיר ממוקם קרוב מדי או רחוק מדי מהרמה הרצויה בחוט השדרה.</li>
	</ol></li>
	<li>הנח את המשענת סביב חוט השדרה ופתח חלון מתאים כדי למקם את הבדיקה על חוט השדרה.</li>
	<li>מיקומי בדיקות:<ol><li>מיקום הגשושית מתחת ללמינה: הכניסו בזהירות את הגשושית באמצעות מלקחיים עם קצה פלסטיק מתחת ללמינה (C5 ו-C6) על-ידי החלקה שלה דרך התעלות הרוחביות שנעשו בשלב 2.9.1 (איור 3D).</li>
		<li>מיקום בדיקה מעל חוט השדרה:<ol><li>כוונן את הגשושית באמצעות מלקחיים עם קצה פלסטיק כדי ליישר ולמקם את קצה הבדיקה על גבי החלון המדיאלי שנוצר ב-C5 בשלב 2.9.2 (איור 3C).</li>
		</ol></li>
	</ol></li>
	<li>במיכל סטרילי, קטן ורצוי קרמי מכינים את המלט על ידי ערבוב כף מדידה אחת של אבקת צמנט דנטלית, 3 טיפות שומן היי-טק וטיפה אחת של זרז. מערבבים עם קיסמים סטריליים עד לקבלת מרקם צמיגי. הערה: מומלץ מאוד שאדם אחד שאינו מבצע את הניתוח יכין את המלט כך שהמנתח יוכל להחזיק את הבדיקה במקומה ולייבש את האזור הרצוי מיד לפני מריחת המלט. שלב זה הוא תלוי זמן. יש לוודא כי המנתח ממקם את הבדיקה לפני הכנת המלט. לאחר יישום הזרז, המלט יתעבה יותר מדי כדי להיקשר ביעילות עם העצם אם יש עיכוב. יש לתרגל עם המלט לפני הניתוח כדי להבטיח את העקביות הנכונה לפני הנחתו על הבדיקה/עצם.</li>
	<li>יבש את אזור הצמנט המיועד בחוליות לחלוטין כדי ליצור נקודת עיגון אמינה. יש למרוח 1-2 טיפות של מלט דנטלי בקצה הבדיקה, אותן יש להניח על גבי מפלס החוליה המיועד, במקרה זה, C4 (איור 3C,D). הערה: קריטי שהחוליות יהיו יבשות ככל האפשר לפני המלט. אחרת, המלט לא יידבק, והבדיקה לא תהיה מאובטחת.</li>
	<li>עצרו למשך 30 שניות וגעו בעדינות במלט כדי לוודא שהוא נרפא.</li>
	<li>אם המלט לא נרפא לחלוטין, המתינו 20 שניות נוספות ומרחו מחדש מלט טרי עד שהבדיקה מאובטחת היטב לעצם. הערה: המלט נקשר כראוי כאשר הוא הופך קשה ונוקשה למגע. זהירות: מריחת הצמנט בעודו נוזלי מדי עלולה לגרום לו לחלחל לרקמת חוט השדרה שבין החוליות. במקרה כזה, יש להמתין כ-10 שניות עד שהמלט יתעבה למרקם דמוי חניכיים לפני שתשתמשו בעדינות במלקחיים כדי להסיר מלט שבא במגע עם חוט השדרה.</li>
</ol>4. הליכים לאחר הניתוח
<ol><li>לאחר סיום הניתוח, תפרו את מקום החתך באמצעות 5-0 תפרים ויקריליים. הסר בעדינות את בעל החיים מהמנגנון הסטריאוטקסי והעבר אותו לתא התאוששות מחומם. במשך 3-5 הימים הראשונים לאחר הניתוח, ספקו לבעל החיים צ'או רך ולח, פינוקים ומי הידרוג'ל.</li>
	<li>יש לעקוב ביסודיות אחר בעל החיים פעמיים ביום במהלך השבוע הראשון שלאחר הניתוח. יש לתת זריקות בופרנורפין וזריקות רינגר חמות פעמיים ביום במשך היומיים הבאים, או יותר אם סימני הכאב נמשכים. יש להמשיך בבדיקות יומיות עד שבעל החיים אינו מראה בעיות בריאותיות קליניות. לאחר מכן, בדוק את בעל החיים לפחות פעם בשבוע.</li>
	<li>(אופציונלי) שרטט את היקף המכשיר על העור לאחר הניתוח וסגירת החתך לקבלת אינדיקציה חזותית של מיקום המכשיר בגוף (איור 4A). הערה: שלב זה שימושי במיוחד כאשר ההתקן דורש גישה חיצונית, כגון התקנים הזקוקים להפעלה אלחוטית באמצעות משדר חיצוני שבו צימוד האנטנה הוא קריטי, או משאבות להעברת תרופות שיש למלא מחדש דרך העור 16,17,18.</li>
</ol>

ניתוחי חוט שדרה והשתלת שוק אופטי במכרסמים

<ol>
	<li>Osseward, P. J., Pfaff, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cell+type+and+circuit+modules+in+the+spinal+cord.">Cell type and circuit modules in the spinal cord.</a> Curr Opin Neurobiol. 56, 175-184 (2019).</li><li>Alilain, W. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Light-induced+rescue+of+breathing+after+spinal+cord+injury.">Light-induced rescue of breathing after spinal cord injury.</a> J Neurosci. 28 (46), 11862-11870 (2008).</li><li>Geng, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advances+in+optogenetics+applications+for+central+nervous+system+injuries.">Advances in optogenetics applications for central nervous system injuries.</a> J Neurotrauma. 40 (13-14), 1297-1316 (2023).</li><li>Montgomery, K. L., Iyer, S. M., Christensen, A. J., Deisseroth, K., Delp, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Beyond+the+brain:+Optogenetic+control+in+the+spinal+cord+and+peripheral+nervous+system.">Beyond the brain: Optogenetic control in the spinal cord and peripheral nervous system.</a> Sci Transl Med. 8 (337), 337rv5 (2016).</li><li>Tan, T., Watts, S. W., Davis, R. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Drug+delivery:+Enabling+technology+for+drug+discovery+and+development.+iPRECIO+Micro+infusion+pump:+Programmable,+refillable,+and+implantable.">Drug delivery: Enabling technology for drug discovery and development. iPRECIO Micro infusion pump: Programmable, refillable, and implantable.</a> Front Pharmacol. 2, 44 (2011).</li><li>Suehiro, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ecto-domain+phosphorylation+promotes+functional+recovery+from+spinal+cord+injury.">Ecto-domain phosphorylation promotes functional recovery from spinal cord injury.</a> Sci Rep. 4 (1), 4972 (2014).</li><li>Harland, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+subdural+bioelectronic+implant+to+record+electrical+activity+from+the+spinal+cord+in+freely+moving+rats.">A subdural bioelectronic implant to record electrical activity from the spinal cord in freely moving rats.</a> Adv Sci (Weinh). 9 (20), 2105913 (2022).</li><li>Wang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flexible+and+fully+implantable+upconversion+device+for+wireless+optogenetic+stimulation+of+the+spinal+cord+in+behaving+animals.">Flexible and fully implantable upconversion device for wireless optogenetic stimulation of the spinal cord in behaving animals.</a> Nanoscale. 12 (4), 2406-2414 (2020).</li><li>Grajales-Reyes, J. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surgical+implantation+of+wireless,+battery-free+optoelectronic+epidural+implants+for+optogenetic+manipulation+of+spinal+cord+circuits+in+mice.">Surgical implantation of wireless, battery-free optoelectronic epidural implants for optogenetic manipulation of spinal cord circuits in mice.</a> Nat Protoc. 16 (6), 3072-3088 (2021).</li><li>Kathe, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wireless+closed-loop+optogenetics+across+the+entire+dorsoventral+spinal+cord+in+mice.">Wireless closed-loop optogenetics across the entire dorsoventral spinal cord in mice.</a> Nat Biotechnol. 40 (2), 198-208 (2022).</li><li>Hogan, M. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+wireless+spinal+stimulation+system+for+ventral+activation+of+the+rat+cervical+spinal+cord.">A wireless spinal stimulation system for ventral activation of the rat cervical spinal cord.</a> Sci Rep. 11 (1), 14900 (2021).</li><li>Lu, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flexible+and+stretchable+nanowire-coated+fibers+for+optoelectronic+probing+of+spinal+cord+circuits.">Flexible and stretchable nanowire-coated fibers for optoelectronic probing of spinal cord circuits.</a> Sci Adv. 3 (3), e1600955 (2017).</li><li>Chen, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=How+is+flexible+electronics+advancing+neuroscience+research.">How is flexible electronics advancing neuroscience research.</a> Biomaterials. 268, 120559 (2021).</li><li>Keomani, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+murine+model+of+cervical+spinal+cord+injury+to+study+post-lesional+respiratory+neuroplasticity.">A murine model of cervical spinal cord injury to study post-lesional respiratory neuroplasticity.</a> J Vis Exp. (87), e51235 (2014).</li><li>Chaterji, S., Barik, A., Sathyamurthy, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intraspinal+injection+of+adeno-associated+viruses+into+the+adult+mouse+spinal+cord.">Intraspinal injection of adeno-associated viruses into the adult mouse spinal cord.</a> STAR Protoc. 2 (3), 100786 (2021).</li><li>Agrawal, D. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conformal+phased+surfaces+for+wireless+powering+of+bioelectronic+microdevices.">Conformal phased surfaces for wireless powering of bioelectronic microdevices.</a> Nat Biomed Eng. 1 (3), 0043 (2017).</li><li>Park, S. I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stretchable+multichannel+antennas+in+soft+wireless+optoelectronic+implants+for+optogenetics.">Stretchable multichannel antennas in soft wireless optoelectronic implants for optogenetics.</a> Proc Natl Acad Sci. 113 (50), E8169-E8177 (2016).</li><li>Manoufali, M., Bialkowski, K., Mohammed, B., Abbosh, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wireless+power+link+based+on+inductive+coupling+for+brain+implantable+medical+devices.">Wireless power link based on inductive coupling for brain implantable medical devices.</a> IEEE Antennas and Wirel Propaga Lett. 17 (1), 160-163 (2018).</li><li>Martinez, M., Brezun, J. M., Bonnier, L., Xerri, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+rating+scale+for+open-field+evaluation+of+behavioral+recovery+after+cervical+spinal+cord+injury+in+rats.">A new rating scale for open-field evaluation of behavioral recovery after cervical spinal cord injury in rats.</a> J Neurotrauma. 26 (7), 1043-1053 (2009).</li><li>Yang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+and+use+of+wireless+reprogrammable+multilateral+optogenetic+devices+for+behavioral+neuroscience.">Preparation and use of wireless reprogrammable multilateral optogenetic devices for behavioral neuroscience.</a> Nat Protoc. 17 (4), 1073-1096 (2022).</li><li>Yang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wireless+multilateral+devices+for+optogenetic+studies+of+individual+and+social+behaviors.">Wireless multilateral devices for optogenetic studies of individual and social behaviors.</a> Nat Neurosci. 24 (7), 1035-1045 (2021).</li></ol>

למחברים אין ניגודי עניינים.

נוירומודולציה והתערבויות טיפוליות של חוט השדרה דורשות לעתים קרובות מיקום של בדיקות במקטעים מדויקים וממוקדים 3,4,7,13. בהתחשב בניידות המובנית של חוט השדרה, הגשושית חייבת להיות מאובטחת באופן אמין כדי לאפשר מחקרים כרוניים. בהתבסס על היישום הספציפי, ייתכן שיהיה חשוב לשלוט אם הבדיקה נמצאת במגע פיזי עם חוט השדרה, או אם ניתן להפחית את המגע כדי להפחית את תגובת הרקמה הדלקתית במידת האפשר. לכן, מתוארים צעדים כירורגיים עבור כל אחת משתי השיטות. הפרוטוקול מפרט באופן ספציפי כיצד למקם בדיקה בקטע הצווארי של חוט השדרה ב- C5. עם זאת, באמצעות ציון הדרך המתואר עבור T2 או T10 של חוט השדרה, הבדיקה יכולה להיות ממוקמת באופן דומה במיקום מדויק מעל אזור החזה או המותני על ידי ספירה לאחור של החוליות מ T2 או T10, בהתאמה, ברגע שהם נחשפים. יתר על כן, כדי למזער את הנזק לרקמת חוט השדרה, אבטחנו את גוף המכשיר, שהוא לעתים קרובות גדול ונוקשה יותר בהשוואה לבדיקה המחוברת, בחלל תת עורי הרחק מחוט השדרה.
ישנן כמה נקודות קריטיות להשתלת המכשיר המשולב עם הבדיקה. ראשית, קריטי להחליט על מיקום גוף המכשיר לפני ביסוס הבדיקה. זה מבטיח שהמרחק בין קצה הגשושית לגוף המכשיר מותאם כדי להפחית את המתח על הגשוש, כמו גם להימנע מאורך בדיקה נוסף, אשר יכול, למשל, לגרום לפיתול או תזוזה של הגשוש. בעיקרו של דבר, המטרה היא להבטיח שאורך הבדיקה יהיה דומה למרחק מהחלל התת-עורי שבו ממוקם גוף המכשיר לאזור חוט השדרה הממוקד שבו הגשושית צמנטית. על ידי ביצוע הליכי ניתוח סופניים בהם נבדקים אורכי בדיקה שונים, ניתן לקבוע את הגודל האופטימלי עבור מקטע ממוקד.
כדי לשמור על סטריליות, יש לטפל במכשיר בזהירות כדי למנוע מגע עם השכבה החיצונית של העור במהלך החדרתו לכיס התת עורי. מגע כזה עלול לפגוע בסטריליות המכשיר, מה שעלול להוביל להדבקה לאחר הניתוח. בנוסף, חשוב למזער את כמות הכוח המופעל על המכשיר בעת החזקתו במלקחיים כדי למנוע פגיעה בציפוי שלו, שהוא בדרך כלל שכבה דקה מגנה, מעליבה וסטרילית20,21. הסרת הציפוי עשויה לקצר באופן דרסטי את תוחלת החיים של המכשיר למשל על ידי קיצור המעגל, גרימת התחשמלות לבעל החיים ו/או גרימת תגובה דלקתית בגוף. טיפול במכשיר עם מלקחיים בקצה פלסטיק עשוי לסייע בהפחתת סיבוכים כאלה.
בעת תפירת המכשיר לרקמה רכה, חשוב להימנע מתפירה לרקמת שומן תת עורית. כפי שנצפה בניסויים ראשוניים, שכבות שומן אינן מהוות נקודת עיגון אמינה לתפרים מכיוון שהן נוטות להיקרע. במקום זאת, גוף המכשיר נתפר לשכבת שריר סמוכה בחלל התת עורי באמצעות תפרים שאינם נספגים למיקום קבוע של המכשיר בגוף. מצד שני, כאשר מאבטחים את הגשושית לתהליכים עמוד השדרה, חשוב לוודא שהאתר אליו מאובטחת הגשושית יבש לפני החלת המלט. עצם/בדיקה רטובה מאריכה את זמן הריפוי ועלולה לגרום לכישלון מוחלט של התהליך.
ישנם כמה שיקולים קריטיים הקשורים למכשיר מושתל שיש להתייחס אליהם בזהירות לפני ניתוח ההשתלה. (1) חלקים פעילים חשמלית של המכשיר חייבים להיות עטופים בשכבת פסיבציה מבודדת. כל חסך בשכבה הפסיבית עלול לגרום לכשל תפקודי במכשיר. (2) יש לעקר היטב את המושתל בהתאם לפרוטוקול בעלי החיים של המתקן. (3) הצומת בין המכשיר לבין הגשושיות העצביות או השוקיים המגרים חייב להיווצר היטב. החיבור יעבור לחץ מכני חוזר עקב תנועות קבועות של בעלי חיים. (4) הגשושיות העצביות או שוקי הגירוי המחוברים למכשיר חייבים להיות גמישים ונמתחים מספיק כדי למנוע הצמדה בנקודות שונות.
ניתן להרחיב את הפרוטוקול המתואר למכשירי השתלה במודלים של בעלי חיים בגדלים שונים. לאחר זיהוי ציוני הדרך האנטומיים, ניתן להתאים אישית באופן שיטתי את שיטות הניתוח המתוארות כדי לאבטח כל בדיקה עצבית או שוקיים מגרים במקטעים ממוקדים של חוט השדרה ולהשתיל את מודולי הבקרה הקשורים אליהם. עם זאת, בהתאם ליישום, התקנים שונים יכולים להיות בגדלים, חומרים ועוביים שונים מזה שהושתל במאמר זה; לדוגמה, התקנים המחוברים למודול בקרה חיצוני דורשים שיקולים נוספים. בנוסף, יש לציין כי בעוד פרוטוקול זה מותאם לגירוי אופטוגנטי, יישומים נוירומודולטוריים אחרים, כגון מתן תרופות או גירוי/הקלטה חשמלית, דורשים הליכים כירורגיים שונים במקצת. באופן ספציפי, יישומים אלה זקוקים להשתלה תת-דוראלית כדי להבטיח מגע ישיר עם חוט השדרה מתחת לדורהמאטר 7. עם זאת, עבור אופטוגנטיקה, מגע אינטימי עם הרקמה הוא בדרך כלל מיותר מכיוון שהמכרסם dura mater אינו מעכב באופן משמעותי את חדירת האור, מה שמאפשר למקם מקורות אור אפידורליים10.

חוט השדרה מאפשר מגוון תפקודים חיוניים של מערכת העצבים המרכזית, החל מתיאום התנהגויות מוטוריות ועד ויסות תהליכים הומיאוסטטיים כגון נשימה 1,2. הבהרת תפקידה של רשת המעגלים המתוחכמת על פני חוט השדרה דורשת ממשקים, בין אם לגירוי חשמלי, הקלטה, אספקת תרופות או גירוי אופטי לאזורים ממוקדים 3,4,5,6. למרות שפותחו מכשירים המאפשרים חקירות כאלה 7,8,9,10,11, נדרשות טכניקות כירורגיות מיוחדות להשתלתם הכרונית בחוט השדרה 4. בפרט, חוט השדרה והחוליות הקשורות אליו הגבירו את הרגישות לעיוותים מכניים הנגרמים על ידי תנועות טבעיות כגון הארכה וכיפוף 8,12,13. מאפיינים ייחודיים אלה של חוט השדרה הופכים את זה למאתגר באופן מהותי להבטיח שהגשושיות המושתלות יישארו יציבות, מתפקדות ומאובטחות במקטע מסוים לאורך תקופות זמן ממושכות.
כאן מתואר פרוטוקול כירורגי להחדרה ואבטחה של שוק אופטי במקטע ממוקד של חוט השדרה (איור 1A). מכיוון שהתממשקות עם אזור צוואר הרחם בפרט הוכחה כמציבה אתגרים ייחודיים9, שלבי ההשתלה מודגמים באופן ספציפי מעל אזור צוואר הרחם C5. יש להניח כי מורכבותו של עמוד השדרה הצווארי נובעת ממיקומו העמוק יותר ומשפע השרירים, מאפיין שאינו בולט לאורך שאר חוט השדרה. בכל מקרה, ההליכים המתוארים בפרוטוקול זה נועדו להיות ניתנים להתאמה לניתוחים באזורי חוט השדרה השונים. הוראות הדרגתיות מסופקות כדי לאתר ולזהות מקטעי חוט שדרה באמצעות "ציוני דרך" אנטומיים בולטים שניתן לזהות מעל העור (איור 1B). לאחר מכן הפרוטוקול מבהיר שתי טכניקות להשתלה כירורגית: אחת המותאמת לבדיקות הדורשות מגע ישיר עם חוט השדרה, והשנייה לבדיקות שאינן דורשות מגע ישיר. השלבים המתוארים נועדו להיות משוכפלים על ידי כל חוקר עם הכשרה בניתוח הישרדות מכרסמים.
פרוטוקול זה כולל הוראות שלב אחר שלב להשתלת מכשיר אופטואלקטרוני (18 מ"מ x 13 מ"מ) עם שוק אופטי גמיש מחובר מעל רמת צוואר הרחם C5. המכשיר המושתל מאובטח תת עורית קאודלית ל- C5 ומורכב ממחוון דיודה פולטת אור מיקרוסקולית (μLED), המאיר כאשר מתרחש גירוי אופטי של חוט השדרה, ומספק משוב חי של פונקציונליות המכשיר. השפעת השוק האופטי המושתל על התפקוד המוטורי הטבעי הוערכה על מכרסמים שקיבלו שתלים והושוותה למכרסמים שעברו ניתוחי דמה. התוצאות מצביעות על כך שהבדיקות אינן משפיעות לרעה על תפקוד הגפה האחורית והגפיים הקדמיות הטבעיות של בעל החיים שבעה ימים לאחר ההשתלה.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Adson Forceps&#160;</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>11027-12</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alm 3 Point Retractor</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>17010-10</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Buprenorphine / Vetergesic&#160;</td>
			<td>CDMV</td>
			<td>124918</td>
			<td>Manufacturer provides at 0.3 mg/mL but must be diluted to 0.03 mg/kg for use in rats</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chlorhexidine 2% Solution</td>
			<td>Partnar</td>
			<td>PCH-020&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Curved Long Hemostat Forceps</td>
			<td>KaamKaaj Tools</td>
			<td>14.5</td>
			<td>Curved Long Hemostat Forceps with A Stainless Steel Ratchet Locking Tweezer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CVD Parylene Machine: SCS Labcoter 2</td>
			<td>Specialty Coating Systems</td>
			<td>PDS 2010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dental Cement - Catalyst&#160;</td>
			<td>Parkell, Inc</td>
			<td>S371</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dental Cement - Metabond</td>
			<td>Parkell, Inc</td>
			<td>S398</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dental Cement - Powder&#160;</td>
			<td>Parkell, Inc</td>
			<td>S396</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Forceps with Replaceable Plastic Tips</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>11980-13</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Friedman-Pearson Rongeurs&#160;</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>16121-14</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isoflurane USP</td>
			<td>Fresenius Kabi&#160;</td>
			<td>CP0406V2</td>
			<td>Provided at 5% for induction and 2% for mainentance through precision vaporizer&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isopropyl Alcohol 70%</td>
			<td>McKesson</td>
			<td>350600</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lacri-Lube Sterile Eye Ointment&#160;</td>
			<td>Refresh&#160;</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Long Evans Rats</td>
			<td>Charles River Laboratories</td>
			<td>6</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Low temperature solder paste</td>
			<td>Chip Quik Inc.</td>
			<td>11.38</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnets</td>
			<td>Radial Magnets, Inc.</td>
			<td>0.53</td>
			<td>Magnet Neodymium Iron Boron (NdFeB) N35 (3.00 mm x 1.00 mm)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Olsen-Hegar Needle Holders with Suture Cutters&#160;</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>12002-12</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PDMS: SYLGARD&#160;184</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>761036</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scalpel Blades - #15</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>10015-00</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scalpel Handle - #3</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>10003-12</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Solder flux</td>
			<td>Chip Quik Inc.</td>
			<td>14.25</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stereotaxic Frame&#160;</td>
			<td>David Kopf Instruments</td>
			<td>Model 900</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterile Kwik-Sil Adhesive</td>
			<td>World Precision Instruments</td>
			<td>KWIK-SIL-S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UV Flashlight</td>
			<td>Vansky</td>
			<td>19.99</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wireless Charger</td>
			<td>Nilkin</td>
			<td>NKT06</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wireless Charging coil</td>
			<td>TDK Corporation</td>
			<td>WT202012-15F2-ID</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

implantation of optoelectronic devices in the rodent spinal cord

נוירומודולציה יכולה לספק יישומים אבחוניים, מודולטוריים וטיפוליים. בעוד עבודה נרחבת נעשתה במוח, אפנון של חוט השדרה נותר יחסית לא נחקר. רקמת חוט השדרה העדינה והניידת מטבעה מטילה אילוצים שהופכים את ההשתלה המדויקת של בדיקות עצביות למאתגרת. למרות ההתקדמות האחרונה במכשירי נוירומודולציה, במיוחד ביואלקטרוניקה גמישה, ההזדמנויות להרחיב את השימוש בהם בחוט השדרה הוגבלו על ידי המורכבות הכירורגית של השתלת מכשירים. כאן, אנו מספקים סדרה של פרוטוקולים כירורגיים המותאמים במיוחד להשתלת מכשיר אופטואלקטרוני בהתאמה אישית המתממשק עם חוט השדרה במכרסמים. השלבים למיקום ועיגון שוק אופטי על מקטע מסוים של חוט השדרה באמצעות שתי שיטות השתלה כירורגיות שונות מפורטים כאן. שיטות אלה מותאמות למגוון רחב של מכשירים ויישומים, אשר עשויים לדרוש או לא לדרוש מגע ישיר עם חוט השדרה לצורך גירוי אופטי. כדי להבהיר את המתודולוגיה, האנטומיה של החוליות מוזכרת תחילה כדי לזהות ציוני דרך בולטים לפני ביצוע חתך בעור. השלבים הכירורגיים לאבטחת שוק אופטי מעל עמוד השדרה הצווארי במכרסמים מודגמים. לאחר מכן מתוארים נהלים לאבטחת המכשיר האופטו-אלקטרוני המחובר לשוק האופטי בחלל תת עורי הרחק מחוט השדרה, תוך מזעור מגע ישיר מיותר. מחקרים התנהגותיים שהשוו בין בעלי חיים שקיבלו את השתלים לבין אלה שעברו ניתוחי דמה מצביעים על כך שהשוקיים האופטיים לא השפיעו לרעה על תפקוד הגפיים האחוריות או הקדמיות שבעה ימים לאחר ההשתלה. העבודה הנוכחית מרחיבה את ארגז הכלים של נוירומודולציה לשימוש במחקרים עתידיים שמטרתם לחקור התערבויות שונות בחוט השדרה.

The spinal cord facilitates a range of essential central nervous system functions, from coordinating motor behaviors to regulating homeostatic processes such as respiration1,2. Elucidating the role of the sophisticated network of circuitry across the spinal cord requires interfaces, whether for electrical stimulation, recording, drug delivery, or optical stimulation to targeted areas3,4,5,6. Although devices have been developed to enable such interrogations7,8,9,10,11, specialized surgical techniques are required for their chronic implantation in the spinal cord4. In particular, the spinal cord and associated vertebrae have increased susceptibility to mechanical deformations caused by natural movements such as extension and bending8,12,13. These unique characteristics of the spinal cord make it intrinsically challenging to ensure that the implanted probes remain stable, functional, and secured at a specific segment over extended periods of time.
Herein, a surgical protocol is described for inserting and securing an optical shank in a targeted segment of the spinal cord (Figure 1A). Since interfacing with the cervical region in particular has been shown to introduce unique challenges9, the implantation steps are specifically demonstrated over the C5 cervical region. It is posited that the complexity of the cervical spine arises from its deeper positioning and the abundance of musculature, a characteristic not as prominent along the rest of the spinal cord. Regardless, the procedures outlined in this protocol are designed to be adaptable for surgeries across various spinal cord regions. Stepwise instructions are provided to locate and identify spinal cord segments using pronounced anatomical &#34;landmarks&#34; identifiable from over the skin (Figure 1B). The protocol then elucidates two techniques for surgical implantation: one tailored for probes that require direct contact with the spinal cord, and another for probes that may not require direct contact. The described steps are designed to be reproduced by any researcher with training in rodent survival surgery.
This protocol encompasses step-by-step instructions for the implantation of an optoelectronic device (18 mm x 13 mm) with an attached flexible optical shank over the C5 cervical level. The implantable device is secured subcutaneously caudal to C5 and consists of a microscale light-emitting diode (&#181;LED) indicator, which illuminates when spinal cord optical stimulation occurs, providing live feedback of device functionality. The effect of the implanted optical shank on the natural motor function was assessed on rodents who had received implants and was compared to rodents with sham surgeries. Results indicate that the probes do not adversely affect the natural hindlimb and forelimb function of the animal seven days post-implantation.

מחבר זרקור: מתודולוגיה חדשנית להשתלה ואבטחה של בדיקות עצביות בחוט השדרה של מכרסם

השתלת מכשירים אופטואלקטרוניים בחוט השדרה המכרסם

We introduce an innovative and easy-to-perform methodology for the implantation and securement of neural probes in the rodent spinal cord. The implantation protocol is for neural probes that require direct contact with the spinal cord and can be tailored for probes that do not require direct contact. Recent advances in flexible bioelectronics have greatly improved implantable neuromodulatory devices.While these devices have been extensively used in brain studies, there are limited reports on their application in the delicate and mobile tissue of the spinal cord. In addition, the cervical spine is particularly deep relative to the rest of the spine, further complicating the secureness of a probe. The protocols outlined in this paper enable researchers without experience in surgery to explore the intricate circuitry of the spinal cord.Specifically, the implementation of fully implantable optoelectronic devices can unlock questions related to the spinal cord's circuitry and function.

מכשיר אופטו-אלקטרוני עם התרשים הפונקציונלי המפורט שלו שמוצג באיור 2 המשלים הושתל בארבע חולדות לונג אוונס. איור משלים 3 מראה את המכשיר האופטו-אלקטרוני הסופי המוכן להשתלה. שלושה בעלי חיים נוספים עברו ניתוחי דמה, שכללו כריתת למינקטומיה מדיאלית ב-C5 ללא השתלת מכשיר. המכשיר האופטואלקטרוני כלל בדיקה גמישה עם μLED מוטבע בקצה אשר הופעל על ידי מנהל התקן LED משולב. מנהל ההתקן LED נשלט על ידי מיקרו-בקר עם קושחה ניתנת לתכנות. הוא כלל גם גוף מכשיר שנתפר לשכבת השריר מיד מתחת לעור. שכבה של Parylene-C (~ 10 מיקרומטר) מופקדת על המכשיר כולו באמצעות שקיעת אדים כימית (CVD). שכבה שנייה של פולידימתילסילוקסאן (PDMS) (~800 מיקרומטר) כיסתה את גוף המכשיר האופטו-אלקטרוני (איור משלים 3) כדי ליצור ממשק רך עם הרקמה. קצה הגשושית היה מאובטח ב-C4 כאשר ה-μLED מרחף מעל C5. במכשיר נעשה שימוש במחוון μLED (שאורו נראה מתחת לעור) שהודלק בו זמנית עם μLED של השוק האופטי לאימות חי של פונקציונליות המכשיר. החיות היו במעקב במשך 7 ימים לאחר הניתוח כדי לאשר את האמינות המתמשכת של הביצועים שלהן לאורך זמן (איור 4B).
התפקודים המוטוריים של בעלי החיים הוערכו באמצעות סולם דירוג מנוע שדה פתוחמרטינז 19. כדי להעריך את התנהגות השדה הפתוח, שני משקיפים מיומנים שלא היו מודעים לקבוצות הטיפול ערכו את הבדיקות לפני הניתוח וכן בימים השלישי, החמישי והשביעי לאחר הניתוח. לאחר איסוף הנתונים, נערכה בדיקת Mann-Whitney U כדי לקבוע הבדלים בכל נקודת זמן הן בציוני הגפה הקדמית והן בציוני הגפה האחורית בין קבוצת השתל לבין קבוצת הדמה. הניתוח שלנו מצביע על ציון תפקוד דומה של הגפיים הקדמיות בקבוצות שתלים ודמה ביום השביעי (איור 5A). באופן דומה, לא היו הבדלים מובהקים סטטיסטית בין הקבוצות בציוני הגפיים האחוריות בכל נקודות הזמן (איור 5B).
אימות לאחר המוות בוצע 7 ימים לאחר ההשתלה כדי לאשר אם הבדיקה וגוף המכשיר נשארו במקומם. לא נמצא ניתוק נראה לעין של התפר או המכשיר. יתר על כן, משיכת גוף המכשיר לא גרמה לניתוקו מהרקמה (איור משלים 4A). השרירים שנותחו ונתפרו בעבר נחשפו לאחר מכן מעל חוט השדרה, ואושר כי הגשושיות נותרו מהודקות היטב מעל חוט השדרה (איור משלים 4B). בדומה לגוף המכשיר, ראש הגשושית נמשך לאחור ברצף כנגד נקודת הצמנט כדי להעריך את חיבורו למפרק המכני של הגשוש-למינה.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66992/66992fig01.jpg"> איור 1: סקירה סכמטית של השתלת מכשירים וציוני דרך אנטומיים. (A) הדגמת מיקום הבדיקה מעל חוט השדרה ומיקום תת עורי של המכשיר. (B) מודל תלת-ממדי המציין את ציוני הדרך המשמשים לקביעת רמות חוט השדרה. תהליכי עמוד השדרה C2, T2 ו- T10 מוצגים לעיון. צבעים כהים יותר מציינים את הרמה המתאימה. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66992/66992fig01large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66992/66992fig02.jpg"> איור 2: חשיפת חוט השדרה והכנת כיס תת-עורי. (A) הסטריאוטקסיק ממוקם על החיה. (B) תהליך עמוד השדרה C2 ו-(C) תהליך עמוד השדרה T2 מזוהים באמצעות מישוש. (D) חתך דרך העור ושכבת השומן התת עורית נעשה כדי לחשוף את השרירים הגביים בנקודת העניין ברמה הצווארית. (E) באמצעות דיסקציה קהה של השרירים הגביים, חוליות הצוואר נחשפות. (F) נוצר כיס תת-עורי כדי לאבטח את המכשיר המושתל הקאודלי לאתר החתך. (G) לאחר דיסקציה נאותה מונח מחזיר לאחור כדי לחשוף את חוליות הצוואר ואת השריר בצורת כדור, מכסה לחלוטין את C2 ומסווה חלקית את C3. הקו המקווקו מציין את השריר בצורת הכדור. לאחר חשיפת חוט השדרה הצווארי, או (H) שתי למינקטומיות לרוחב ב- C5 ו- C6 נעשות למיקום הבדיקה מתחת לחוליות, או (I) כריתת למינקטומיה מדיאלית מתבצעת ב- C5 למיקום בדיקה מעל החוליות. כוכביות מציינות את האתר של למינקטומיה לרוחב. פסי קנה מידה = 3 מ"מ. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66992/66992fig02large.jpg" target="_blank">לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66992/66992fig03.jpg"> איור 3: השתלת מכשיר ומיקום בדיקה. (א) המכשיר מונח בכיס התת עורי. (B) המכשיר נתפר לשרירים. (C) הבדיקה מאובטחת על גבי למינה C5, שעברה כריתת למינקטומיה מדיאלית. (D) המכשיר ממוקם מתחת ללמינה C5 ו-C6 שעברו שתיהן למינקטומיה לטרלית. גם ב-(C) וגם ב-(D), קצה הגשושית מקובע ב-C4 שלם. פסי קנה מידה = 3 מ"מ. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66992/66992fig03large.jpg" target="_blank">לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66992/66992fig04.jpg"> איור 4: מכשיר סימון ואימות פונקציונליות לאחר ניתוח. (א) ניתן לסמן את מיקום המכשיר על פני העור לאחר התפירה כדי להקל על זיהויו לאחר הניתוח. (B) האיור מתאר חיה לאחר ההשתלה. הפונקציונליות של המכשיר אומתה על ידי התבוננות במחוון μLED הנראה מתחת לעור, המאשר את הפעולה המוצלחת של המכשיר (הבליטה בצד ימין של החיה היא המקום שבו גוף המכשיר מושתל). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66992/66992fig04large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66992/66992fig05.jpg"> איור 5: ציוני התנהגות בשדה הפתוח של מרטינז בקבוצות דמה ושתלים עבור ביצועי הגפיים הקדמיות והאחוריות לאורך זמן. התרשימים ממחישים את הציונים ההתנהגותיים הממוצעים עבור (A) גפה קדמית ו-(B) הערכות שדה פתוח בגפיים האחוריות על פני ארבע נקודות זמן: 0 (נקודת התחלה), 3 ימים, 5 ימים ו-7 ימים לאחר ההשתלה (DPI). קווי שגיאה מייצגים את שגיאת התקן של הממוצע (SEM). הבדלים משמעותיים (p < 0.05) בין קבוצת הדמה לבין קבוצת השתלים מסומנים בכוכביות (*) בנקודות זמן ספציפיות. מקרא האיור מציין את קבוצות הדמה המוצגות על ידי הקו המקווקו, בעוד שקבוצת השתלים מוצגת על ידי הקו המלא. גודל דגימת הדמה היה n = 3, והשתל היה n = 4. מבחן Mann-Whitney U הלא-פרמטרי שימש להערכת משמעות ההבדלים בין קבוצות בכל נקודת זמן. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66992/66992fig05large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
איור משלים 1: איור של למינקטומיה. קווים מקווקווים מציינים את האזורים שיש לבצע עבור (A) שתי למינקטומיות לרוחב עבור מיקום הבדיקה מתחת לחוליות, ו-(B) למינקטומיה מדיאלית עבור מיקום הבדיקה מעל החוליות. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66992/Supplementary%20Figure%201.zip" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.</a>
תרשים משלים 2: סכמה של המכשיר האופטו-אלקטרוני. דיאגרמת הבלוק המפורטת של המכשיר מוצגת. הבלוק השמאלי העליון מתאר מיכל LC תהודה של אנטנת מקלט חשמל אלחוטי. ההספק המתקבל מתוקן ומוזן לווסת מתח נשירה נמוך (LDO). יחידת מיקרו-בקר מפעילה באופן אוטומטי את ההתקן בהתבסס על הפרמטרים המתוכנתים, ומנהל התקן LED מפעיל את כל נורות ה-μLED המוטבעות בבדיקה. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66992/Supplementary%20Figure%202.zip" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.</a>
תרשים משלים 3: מכשיר אופטו-אלקטרוני. המכשיר האופטו-אלקטרוני הסופי עם אנקפסולציה תואמת ביולוגית המחובר לשוק אופטי הכולל 1 μLED בקצהו. המלבן המקווקו מתאר את המיקום של μLED. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66992/Supplementary%20Figure%203.zip" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.</a>
תרשים משלים 4: אימות לאחר המוות של יציבות המכשיר. שבעה ימים לאחר ההשתלה, (A) גוף המכשיר נשאר תפור לשריר באותה תנוחה שבה הושתל ו-(B) הגשושית הצמנטית נשארה מאובטחת על גבי הלמינה C4. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66992/Supplementary%20Figure%204.zip" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.</a>

פרוטוקול זה מפרט הליך כירורגי לביצוע ניתוחי חוט שדרה ולהשתלה ואבטחה של שוק אופטי מעל חוט השדרה במכרסמים.

Neuromodulation can provide diagnostic, modulatory, and therapeutic applications. While extensive work has been conducted in the brain, modulation of the ...

implantation-of-optoelectronic-devices-in-the-rodent-spinal-cord

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Implantation of Optoelectronic Devices in the Rodent Spinal Cord

722 Views.  University of British Columbia. אנו מציגים מתודולוגיה חדשנית וקלה לביצוע להשתלה ואבטחה של בדיקות עצביות בחוט השדרה של המכרסם. פרוטוקול ההשתלה מיועד לבדיקות עצביות הדורשות מגע ישיר עם חוט השדרה וניתן להתאים אותו לבדיקות שאינן דורשות מגע ישיר. ההתקדמות האחרונה בביואלקטרוניקה גמישה שיפ?...

Video: מחבר זרקור: מתודולוגיה חדשנית להשתלה ואבטחה של בדיקות עצביות בחוט השדרה של מכרסם

Neuromodulation can provide diagnostic, modulatory, and therapeutic applications. While extensive work has been conducted in the brain, modulation of the spinal cord remains relatively unexplored. The inherently delicate and mobile spinal cord tissue imposes constraints that make the precise implantation of neural probes challenging. Despite recent advances in neuromodulation devices, particularly flexible bioelectronics, opportunities to expand their use in the spinal cord have been limited by the surgical complexities of device implantation. Here, we provide a series of surgical protocols tailored specifically for the implantation of a custom-made optoelectronic device that interfaces with the spinal cord in rodents. The steps to place and anchor an optical shank on a specific segment of the spinal cord via two different surgical implantation methods are detailed here. These methods are optimized for a diverse range of devices and applications, which may or may not require direct contact with the spinal cord for optical stimulation. To elucidate the methodology, the vertebral anatomy is referenced first to identify prominent landmarks before making a skin incision. The surgical steps to secure an optical shank over the cervical spine in rodents are demonstrated. Procedures are then outlined for securing the optoelectronic device connected to the optical shank in a subcutaneous space away from the spinal cord, minimizing unnecessary direct contact. Behavioral studies comparing animals receiving the implants to those undergoing sham surgeries indicate that the optical shanks did not adversely affect hindlimb or forelimb function seven days post-implantation. The present work broadens the neuromodulation toolkit for use in future studies aimed at investigating various spinal cord interventions.

This protocol details a surgical procedure for performing spinal cord surgery and for implanting and securing an optical shank over the spinal cord in rodents.

Cervical Spinal Cord Exposure and Epidural Placement of an Optoelectronic Device in Long Evans Rats

To begin, secure the shaved, anesthetized rat on a stereotaxic frame. Using sterile forceps, palpate the base of the skull. Feel for a prominent spinous process, extending rostrocaudallly near the base of the skull, identified as C2.Proceed with palpation caudal to C2 to find a notably sharp and pointed spinous process identifiable as T2.Create an incision in the skin using a scalpel, starting from C2 and extending caudally for about 1.5 centimeters.Carefully cut through the subcutaneous adipose layer to expose the intact underlying dorsal musculature. Then perform blunt dissection on the dorsal muscles by pulling them apart from the midline with two Adson forceps. Using rongeurs and sterile forceps, lift a flap of skin immediately caudal to the incised area.Then with the help of rongeurs, create a small subcutaneous pocket for the optoelectronic device. Place a retractor to expose the vertebral column. Using rongeurs, remove any remaining muscles or tissues covering the vertebrae, and begin to identify the spinal cord segments.Immediately caudal to the ball-shaped muscle is C4, followed by C5 and C6.Once complete, rinse the surgical area with sterile saline and dry with sterile gauze. To place a probe under the lamina, perform a lateral laminectomy at C5 and C6, creating a lateralized opening in the lamina. To place a probe over the lamina, perform a medial laminectomy of C5, merely exposing a medial pathway.Following the laminectomy, rinse the region with sterile saline and dry with sterile gauze to remove any bone debris. Hold the sterile optoelectronic device with plastic-tip sterile forceps and drive it inside the subcutaneous opening. Suture or glue the device to the neighboring muscle layer.Place the retractor around the spinal cord and open a suitable window to place the probe on the spinal cord. Next, carefully insert the probe using plastic-tip forceps under the C5 and C6 laminae by sliding it through the lateralized channels. To place the probe over the spinal cord, adjust the probe using plastic-tip forceps to align and place the probe tip on top of the medial window created at C5.Dry the intended cementing area completely before applying one to two drops of dental cement at the tip of the probe.Finally, confirm that the applied cement is secure. Motor function analysis indicated similar forelimb function scores in device implants and sham groups by day seven. Similarly, there were no statistically significant differences between groups for hindlimb scores across all time points.