低コストのエピミジオル筋電図電極の開発:製造と試験のための簡素化されたワークフロー

要約

私たちの目的は、エピミシス型筋電図電極の作製と試験に関する最新のわかりやすいガイドを提供することでした。そのために、材料調達の手順と、製造およびテストプロセスの詳細なウォークスルーを提供します。

要約

筋電図検査(EMG)は、神経筋の異常を検出するための貴重な診断ツールです。埋め込み型エピミシール電極は、前臨床モデルでEMG信号を測定するために一般的に使用されます。エピミシアル電極製造の原理を説明する古典的な資料は存在しますが、電極理論を実践に変換する説明的な情報はまばらです。これを改善するために、低コストのエピミジアル電極の製造とテストに関する最新のわかりやすいガイドを提供しています。

電極は、2つのプラチナイリジウム箔を折り畳み、事前にカットされたシリコーンベースに挿入して接触面を形成することによって作られました。次に、被覆されたステンレス鋼線を各接触面に溶接して電極リードを形成しました。最後に、電極をシールするためにシリコーン混合物を使用しました。 生理 食塩水浴中で、特注の電極を業界標準の電極と比較するためにEx vivo試験を実施しました。その結果、すべての波形で高レベルの信号一致(正弦波[クラス内相関 - ICC= 0.993]、二乗[ICC=0.995]、三角[ICC=0.958])、および時間同期性(正弦波[r = 0.987]、二乗[r = 0.990]、三角[r=0.931])が見られました。低レベルの電極インピーダンスも、電気化学インピーダンス分光法によって定量化されました。

また、ラットの外側広筋を特注電極で外科的に計装し、上り坂と下り坂の歩行中にシグナル伝達を獲得したin vivo 性能評価も実施しました。予想通り、下り坂の歩行時(0.008 ± 0.005 mV)は上り坂(0.031 ± 0.180 mV、p = 0.005)よりもピーク筋電図活動が有意に低く、このデバイスの有効性を裏付けています。このデバイスの信頼性と生体適合性は、移植後14日および56日での水平歩行時の一貫したシグナル伝達(それぞれ0.01 ± 0.007 mV、0.012 ± 0.007 mV、p > 0.05)および組織学的炎症がないことによっても支持されました。私たちは、低コストのエピミシアル電極の作製と試験のための最新のワークフローを提供しています。

概要

筋電図検査(EMG)は、筋肉の電気的活動を研究するための強力なツールです。EMG記録は、神経筋機能障害を治療するための介入の有効性を評価するために、前臨床動物モデルで特に役立ちます。これらのモデルでは、運動ニューロンと筋線維の間の神経生理学的界面を評価するために、埋め込み型生体適合性電極が一般的に使用されています。これらの埋め込み型電極は、筋肉の興奮を局所的に測定することができ、その構成、形状、および材料の点で多様であり、最適な設計は最終的に場所と使用目的によって決定されます。

前臨床モデルにおける筋興奮の評価に適しているにもかかわらず、エピミズム電極の使用はコストによって制限される可能性があります。その結果、多くの研究者は、自社で製造されたカスタムメイドのエピミシアル電極を使用しています。電極の製造、試験、および使用に関する基本的な考慮事項を詳述したリソースは存在します^{が 1,2}、最新の方法を使用したエピミシアル電極の調達、製造、および検証を詳述した最新の教育ガイドが必要です。Loeb と Gans³ などの電極理論の基礎研究に基づいて、低コストのエピミシアル電極の調達と製造に関する最新の指示を提示し、一連の ex vivo ....

プロトコル

in vivo 手順は、ミシガン大学の Institutional Animal Care & Use Committee (IACUC 承認 #PRO00010765) の承認の下で、実験動物のケアと使用に関する国立衛生研究所のガイドラインに従って実施されました。

1. 電極の調達・製作

注: 図1 は、すべての主要な製造手順の概要と、追加の視覚的な指示を提供するQRリンクを示しています。

1. 生体適合性電極材料は、製造のためにメーカーから直接バルクで調達します。すべての電極部品と調達の詳細が記載された 材料表を参照してください。
   注:シリコーンベース、シリコーンシーラント、およびプラチナ-イリジウム接触箔が生体適合性であることを確認して、有害な免疫応答を回避し、慢性的な移植を可能にします。自社製造の経済的利点をサポートするために、カスタム作製されたエピミシアル電極の詳細なコスト分析を業界標準と比較します(材料の表)。
3. シリコンベースに穴を開けます。シリコンベースをカッティング治具にのせてテープで留めます。コンタクト箔を配置するために、X-....

ディスカッション

私たちの目的は、EMG製造プロセスを合理化し、エピミシャル電極設計の広範な採用と実装を可能にし、アクセシビリティを促進し、神経筋研究を前進させることでした。この目的のために、低コストのエピミサイアル電極を社内で調達、製造、およびテストするためのユーザーフレンドリーなガイドを提供します。また、他の研究グループを支援することを考え、彼.......

資料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Electrode Materials
			Quantity & price per electrode
Contact surface	Prince and Izant PT90/IR10 1.25 mm x 5 mm foil	Catalog #1040055	2 per electrode $7.50 per foil $15.00 per electrode
PFA coated stainless-steel electrode lead wire	A-M Systems Multi-Stranded PFA-Coated Stainless Steel Wire 50.8 µm strand diameter	Catalog #793500	Dependent on desired lead length (e.g., 9 inch lead wires x2) $128 per 25 ft spool $5.12 per foot $0.42 per inch (x18) $7.68 per electrode
Folding jig	3D printed (see .gcode file)	NA	NA
Sealant for electrode body	Nusil Med-1137 liquid silicone	Catalog #MED-1137	1 gram $344.66 per 2 oz. (59.15 mL) $5.83 per electrode
Silicone base	Implantech Alliedsil Silicone Sheeting-Reinforced, Long Term Implantable (8” x 6”) .007 thick	Catalog #701-07	10mm x 5mm sheet $225.00 per 8 x 6 inch $0.36 per electrode (10 mm x 5 mm)
Thinner for sealant mixture	Toluene 99.5% ACS Reagent 500mL or Xylene ACS 99.5%	Catalog #179418-500 ML	0.75 mL $25.53 per 500 mL $0.38 per electrode
Template for perforating silicone base	Cutting jig – 3D printed (see CAD file)	NA	NA
Custom-fabricated electrode: $29.25
Industry standard electrode (EP105 EMG Patch Electrode, 2 contacts, single-sided, 7mm x 4mm, MicroProbe for Life Science): $305.00
Additional Fabrication Materials
			Quantity & price per electrode
3D printing software	Solidworks (Solidworks, 2022)
Micro-Tig welder	Micro-Tig Welder (CD1000SPM, Single Pulse Research and Light Production Resistance Spot Welder, Sunstone)	SKU 301010	$3,500
Ultrasonic bath	Ultrasonic bath (CPX Series Ultrasonic Bath, Fisherbrand).	15-337-403	NA
Ex Vivo Testing Materials
			Quantity & price per electrode
Data acquisition platform and software	DigitalLynx 4sX Base Cheetah version 6.0 (Neuralynx Inc.)	NA	EMG acquisition hardware and software
Electrode interface board (EIB)	EIB, EIB16-QC, Neuralynx Inc.	31-0603-0007	NA
Signal generator	5 MHz Function Generator, B&K Precision	4005DDS220V	$387.46
Potentiostat	PGSTAT1 potentiostat (EcoChemie, Utrecht, Netherlands)	NA	NA
Stainless steel screw	Fine Science Tools	19010-00	$98
Ex Vivo Testing Materials
			Quantity & price per electrode
Rodent treadmill	Exer 3/6 Open Treadmill, Columbus Instruments	NA	NA
Dental cement	Excel Formula® Pourable Dental Material, St. George Technology Inc.	#24211	$125.60
Light microscope	Keyence BZ-X800, Keyence Corporation, Osaka, Japan	NA	NA
Motion capture system	Optitrack Color Camera, Optitrack, NaturalPoint Inc.	NA	NA
Peak detection algorithm	“SciPy.signal.find_peaks - SciPy v1.8.1 Manual”, 2022	NA	NA
Python software	Python Software Foundation. Python Language Reference, version 3.9. Available at http://www.python.org	NA	NA
Rat	HsdBlu: LE, Envigo	140	NA
Statistical sotware	GraphPad Prism version 10.0.0 (GraphPad Software, Boston, Massachusetts USA)	NA	NA