Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Mevcut protokol, sıçanlarda abdominal vagus sinirine bir elektrot dizisi implante etmek için cerrahi tekniği ve implante edilen cihazı kullanarak kronik elektrofizyoloji testi ve stimülasyon yöntemlerini açıklamaktadır.
Abdominal vagus sinir stimülasyonu (VNS), sıçanların vagus sinirinin subdiyafragmatik dalına uygulanabilir. Anatomik yerleşimi nedeniyle, servikal VNS ile yaygın olarak ilişkili herhangi bir solunum ve kardiyak hedef dışı etkisi yoktur. Solunum ve kardiyak hedef dışı etkilerin olmaması, servikal VNS sırasında yaygın olarak görülen yan etkileri azaltmak için stimülasyon yoğunluğunun azaltılmasına gerek olmadığı anlamına gelir. Son zamanlarda yapılan birkaç çalışma, inflamatuar bağırsak hastalığı, romatoid artrit sıçan modellerinde abdominal VNS'nin anti-inflamatuar etkilerini ve tip 2 diyabetli bir sıçan modelinde glisemi azalmasını göstermektedir. Sıçan, vagus sinirinin köklü anatomisi, kolay kullanım sağlayan sinirin büyük boyutu ve birçok hastalık modelinin mevcudiyeti nedeniyle bu teknolojinin potansiyelini keşfetmek için harika bir modeldir. Burada, sıçanlarda abdominal VNS elektrot dizisini ve cerrahi protokolü temizleme ve sterilize etme yöntemlerini açıklıyoruz. Ayrıca, uyarılmış bileşik aksiyon potansiyellerini kaydederek eşik üstü stimülasyonun doğrulanması için gerekli teknolojiyi de açıklıyoruz. Abdominal VNS, enflamatuar hastalıklar da dahil olmak üzere çeşitli durumlar için seçici, etkili tedavi sunma potansiyeline sahiptir ve uygulamanın servikal VNS'ye benzer şekilde genişlemesi beklenmektedir.
Boyundaki servikal bölgede verilen vagus sinir stimülasyonu (VNS), refrakter epilepsi, refrakter depresyon ve iskemik inme sonrası rehabilitasyon için Amerika Birleşik Devletleri Gıda ve İlaç Dairesi (FDA) onaylı tedavidir1 ve Avrupa'da kalp yetmezliği için Avrupa Komisyonu onaylıdır2. Non-invaziv servikal VNS, migren ve baş ağrısı için FDA onaylıdır1. Crohn hastalığı3, romatoid artrit 4,5 ve bozulmuş glukoz toleransı ve tip 2 diyabet 6,7 gibi diğer endikasyonlarda VNS'nin etkinliğini gösteren son klinik çalışmalarla uygulamasının genişlemesi beklenmektedir. Umut verici olmasına rağmen, servikal VNS, akciğerleri ve kalbi innerve eden sinir liflerinin hedef dışı aktivasyonu nedeniyle bradikardi ve apneye neden olabilir 8,9,10. Servikal VNS11,12 alan hastalarda öksürük, ağrı, ses değişikliği, baş ağrısı ve apne-hipopne indeksinde artış gibi yan etkiler yaygın olarak bildirilmektedir. Stimülasyon gücündeki azalma, bu yan etkileri azaltmak için yaygın bir stratejidir, ancak azaltılmış şarj, terapötik lifleri aktive etmede başarısız olarak VNS tedavisinin etkinliğini sınırlayabilir11. Bu hipotezi desteklemek için, epilepsi tedavisi için yüksek yoğunluklu stimülasyon alan hastaların yanıt verme oranı, düşük yoğunluklu stimülasyon alan hastalara göre daha yüksekti13.
Abdominal VNS, subdiyafragmatik vagus siniri üzerine, hepatik ve çölyak dallarının14 üzerine uygulanır (Şekil 1). Önceki çalışmamız, sıçanlarda abdominal VNS'nin servikal VNS10 ile ilişkili kardiyak veya solunumsal yan etkilere neden olmadığını göstermiştir. Daha önceki çalışmalar ayrıca, inflamatuar bağırsak hastalığı ve romatoid artrit10,15 sıçan modelinde abdominal VNS'nin anti-enflamatuar etkilerini ve ayrıca tip 2 diyabetli bir sıçan modelinde glisemide azalmayıgöstermektedir 16. Son zamanlarda, abdominal VNS teknolojisi, inflamatuar bağırsak hastalığının (NCT05469607) tedavisi için insanlarda ilk kez yapılan bir klinik çalışma için tercüme edilmiştir.
Abdominal vagus sinirine stimülasyon sağlamak için kullanılan periferik sinir elektrot dizisi (WO201909502017) sıçanlarda kullanılmak üzere özel olarak geliştirilmiştir ve tıbbi sınıf bir silikon elastomer manşet, diziyi yemek borusuna sabitlemek için bir dikiş tırnağı, bir kurşun tel ve lomber bölgeye monte edilecek bir perkütan konektör ile desteklenen, 4.7 mm aralıklarla yerleştirilmiş iki ila üç platin elektrot çiftinden oluşur (Şekil 2). Kurşun tel, hayvanın sol tarafında derinin altına tünel açılır. Çoklu elektrot çifti tasarımı, sinirin elektriksel stimülasyonunun yanı sıra, implantın sinire doğru yerleştirildiğini ve eşik üstü stimülasyon yoğunluklarını doğrulayan elektriksel olarak uyarılmış bileşik aksiyon potansiyellerinin (ECAP'ler) kaydedilmesine izin verir. Abdominal VNS,serbest hareket eden sıçanlarda 10,15,16 aylar boyunca iyi tolere edilir. Bu, hastalık modelleri üzerindeki etkinliğinin değerlendirilmesine izin verir.
Bu yazıda, çeşitli hastalık modellerinde abdominal VNS'nin etkinliğini incelemek için uyanık sıçanlarda elektrot dizisi sterilizasyonu, abdominal vagus siniri implantasyon cerrahisi ve ECAP'lerin kronik stimülasyonu ve kaydedilmesi yöntemleri açıklanmaktadır. Bu yöntemler başlangıçta inflamatuar barsak hastalığının sıçan modelinde abdominal VNS'nin etkinliğini incelemek için geliştirilmiştir10 ve ayrıca romatoid artrit15 ve diyabet16'nın sıçan modeli için başarıyla kullanılmıştır.
Hayvanlarla ilgili tüm prosedürler, St. Vincent's Hastanesi (Melbourne) Hayvan Etik Komitesi tarafından onaylandı ve Avustralya Bilimsel Amaçlı Hayvanların Bakımı ve Kullanımı Yasası (Avustralya Ulusal Sağlık ve Tıbbi Araştırma Konseyi) ve Hayvanlara Zulmü Önleme (1986) Yasası'na uydu. Bu çalışma için toplamda 24 dişi Dark Agouti sıçanı (8-9 haftalık) kullanıldı. Deney grupları şunlardan oluşuyordu: kollajen enjeksiyonu veya VNS implantı almayan normal bir kohort (n = 8); implant ve kollajen enjeksiyonu (elektrofizyolojik testler yapılmamış) alan uyarılmamış bir hastalık kohortu (n = 8); ve implant, kollajen enjeksiyonu, elektrofizyolojik testler ve VNS tedavisi alan uyarılmış bir hastalık kohortu (n = 8). İmplantasyon cerrahisi kollajen enjeksiyonundan 5 gün önce gerçekleşti ve VNS tedavisi alışkanlığı kollajen enjeksiyonundan 4 gün sonra başladı ve 7 gün içinde gerçekleşti. VNS tedavisi, kollajen enjeksiyonunutakiben 11-17. gün (dahil) arasında uygulandı 15. Uyarılmış hastalık kohortu için, anestezi altında implantasyon ameliyatından hemen sonra, kollajen enjeksiyonu gününde, kollajen enjeksiyonundan 10 gün sonra ve terminasyon gününde (kollajen enjeksiyonundan 17 gün sonra) elektrofizyolojik testler yapıldı.
1. Elektrot dizisinin sonikasyonu ve sterilizasyonu
2. Abdominal vagus sinirine elektrot dizisinin implantasyonu
NOT: Bu çalışmada dişi koyu renkli aguti sıçanları (8-9 haftalık) kullandık15. Bu protokolü, yetişkin erkek Sprague-Dawley sıçanlarını (10-14 haftalık) kronik olarak implante etmek için de başarıyla kullandık10,16. Ameliyat aseptik koşullar altında gerçekleştirilir ve tüm aletler, elektrot dizisi ve gazlı bez ve pamuk uçları gibi sarf malzemeleri otoklavlama ile sterilize edilir.
3. Elektrofizyolojik testler
NOT: Uyarılmış bileşik aksiyon potansiyellerinin (ECAP'ler) kaydedilmesi, elektrot dizisinin vagus siniri üzerine uygun şekilde yerleştirildiğini doğrular. Ek olarak, yukarıda açıklanan elektrot dizisi kullanılarak ECAP'lerin kaydedilmesi, vagal C-liflerinin ve eşik üstü VNS10,15'in elektriksel aktivasyonunun olası onayını sağlar.
4. Uyanık sıçanlarda kronik abdominal VNS
NOT: Abdominal VNS, perkütan konektörün etrafındaki cerrahi yara iyileştikten ve stabilize olduktan sonra uyanık hayvanlara uygulanabilir. Herhangi bir stres tepkisini azaltmak ve daha iyi veri toplanmasına izin vermek için hayvanlar, implantasyon ameliyatından ve VNS tedavisinin başlamasından yedi gün önce günde bir saat olmak üzere test uzmanlarının taşıma ve stimülasyon ortamına alıştırılır.
Ameliyattan hemen sonra uyarılmış bileşik aksiyon potansiyellerinin (ECAP'ler, Şekil 3A,B) kaydedilmesi, sinirin dizi kanalı içinde doğru yerleşimini doğrulamaya yardımcı olmak için kullanılabilecek bir tekniktir ve bu stimülasyon vagus sinirini aktive etmede etkilidir.
Şekil 3'te, dişi koyu renkli aguti sıçanları (8-9 haftalık) VNS elektrot dizisi ile implante edildi. Terapötik stimülasyon alma...
Bu abdominal VNS implant cerrahisi yöntemi ve vagus sinirinin kronik stimülasyonu ve ECAP'lerin kaydedilmesi implantasyonu takiben sıçanlarda 5 hafta boyunca başarıyla kullanılmış ve iyi tolere edilmiştir 10,15,16. Yemek borusu ve vagus sinirini iyi bir şekilde görmek için mide, karaciğer ve bağırsağın geri çekilmesi ameliyatın en önemli adımlarından biridir. Bu organlar geri çekildiğinde, vagus siniri e...
Bu araştırma, potansiyel bir çıkar çatışması olarak yorumlanabilecek herhangi bir ticari veya finansal ilişkinin yokluğunda gerçekleştirilmiştir.
Sıçan abdominal VNS implantının geliştirilmesi, Uzay ve Deniz Harp Sistemleri Merkezi aracılığıyla Dr. Doug Weber ve Dr. Eric Van Gieson'un himayesinde Savunma İleri Araştırma Projeleri Ajansı (DARPA) BTO tarafından finanse edildi (Sözleşme No. N66001-15-2-4060). Bu yayında bildirilen araştırma, Biyonik Enstitüsü Kuluçka Fonu tarafından desteklenmiştir. Biyonik Enstitüsü, Operasyonel Altyapı Destek Programı aracılığıyla Victoria Hükümeti'nden aldıkları desteği kabul etmektedir. Mekanik tasarım için Bay Owen Burns'e, anatomik uzmanlık için Prof. John B Furness'e, periferik arayüz, nöromodülasyon ve kayıt uzmanlığı için Prof. Robert K Shepherd'a, hayvancılık ve test için Bayan Philippa Kammerer ve Bayan Amy Morley'e, ameliyat sonrası hayvan bakımı konusundaki tavsiyeleri için Bayan Fenella Muntz ve Dr. Peta Grigsby'ye ve VNS dizilerinin üretimi için Bayan Jenny Zhou'ya ve NeoBionica'dan elektrot üretim ekibine teşekkür ederiz.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.9% saline | Briemarpak | SC3050 | |
Baytril | Bayer | ||
Betadine | Sanofi-Aventis Healthcare | ||
Buprelieve (Buprenorphine) | Jurox | ||
Data acquisition device | National Instruments | USB-6210 | |
DietGel Boost (dietary gel supplement) | ClearH2O | ||
Dumont tweezer, style 5 | ProSciTech | T05-822 | |
Dumont tweezer, style N7, self-closing | ProSciTech | EMS72864-D | |
Elmasonic P sonicator | Elma | ||
Hartmann's solution | Baxter | AHB2323 | |
Hemostat | ProSciTech | TS1322-140 | |
HPMC/PAA Moisturising Eye Gel | Alcon | ||
Igor Pro-8 software | Wavemetrics, Inc | ||
Isoflo (Isoflurane) | Zoetis | ||
Isolated differential amplifier | World Precision Instruments | ISO-80 | |
Liquid pyroneg | Diversey | HH12291 | cleaning solution |
Marcaine (Bupivacaine) | Aspen | ||
Plastic drape | Multigate | 22-203 | |
Rat vagus nerve implant | Neo-Bionica | ||
Rimadyl (Carprofen) | Zoetis | ||
Silk suture 3-0 | Ethicon | ||
Silk suture 7-0 | Ethicon | ||
SteriClave autoclave | Cominox | 24S | |
Sterile disposable surgical gown | Zebravet | DSG-S | |
Suicide Nickel hooks | Jarvis Walker | ||
Ultrapure water | Merck Millipre | Milli-Q Direct | |
Underpads | Zebravet | UP10SM | |
Vannas scissors | ProSciTech | EMS72933-01 | |
Vicryl suture 4-0 | Ethicon |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiDaha Fazla Makale Keşfet
This article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır