SS, kısmen British Columbia Üniversitesi'nden Dört Yıllık Doktora Bursu ile finanse edilmektedir. , kısmen Kanada Sağlık Araştırmaları Enstitüsü'nden (CIHR) Kanada Yüksek Lisans Bursu - Yüksek Lisans tarafından desteklenmektedir. DS, Michael Smith Sağlık Araştırmaları British Columbia Scholar Ödülü'nden fon aldığını kabul eder. Bu çalışma kısmen Kanada Hükümeti'nin New Frontiers in Research Fund - Transformation (NFRFT-2020-00238) tarafından finanse edilmiştir. Şekil 1'deki şema Biorender.com kullanılarak oluşturulmuştur ve 3D model sketchfab.com'in izniyle elde edilmiştir.

Tüm prosedürler Kanada Hayvan Bakımı Konseyi'nin yönergelerine göre yürütüldü ve British Columbia Üniversitesi Hayvan Bakım Komitesi tarafından denetlendi. 350-450 g ağırlığında ve 6-8 aylık dişi Long-Evans sıçanları, grup halinde barındırıldı (21 ° C; 12 saat 12 saat ışık döngüsü) ve ameliyattan önce ve sonra standart bir kemirgen diyetine ad libitum erişim sağlandı. Bu çalışma için kullanılan reaktiflerin ve ekipmanın detayları Malzeme Tablosunda listelenmiştir.
1. Ameliyat öncesi hazırlık
<ol><li>Tüm cerrahi aletleri bir otoklav kullanarak sterilize edin.</li>
	<li>Hayvanı, 1 L / dk'lık bir akış hızında oksijen içinde verilen izofluran (indüksiyon için% 5 ve% 2 bakım için) ile uyuşturun.</li>
	<li>Hayvanı indüksiyon odasından bir ısıtma yastığına aktarın ve izofluran burun konisini derhal bağlayın. Her iki bacakta da ayak parmağı kıstırma refleksinin tam bir kaybını sağlayarak hayvanın cerrahi bir anestezi düzlemi altında olduğunu doğrulayın.</li>
	<li>Şekil 2A'da gösterildiği gibi, kulakların tabanından başlayarak farenin sırtını tıraş edin.</li>
	<li>Gözlere bol miktarda steril göz merhemi sürün ve buprenorfin (0.03 mg / kg'a seyreltilmiş) ve 10 mL laktasyonlu halkaları deri altına (vücut sıcaklığına ısıtılmış) enjekte edin.</li>
	<li>Tıraşlı bölgeyi antiseptik cerrahi ovma (klorheksidin) ve ardından izopropil alkol ile traş edilen alanın merkezinden başlayarak ve daire çapını genişleterek dairesel hareketlerle silin. Sabun/alkol işlemini iki kez daha tekrarlayın.</li>
	<li>Hayvanı stereotaksik bir çerçeveye sabitleyin ve stabilite için yağlanmış kulak çubukları kullanarak başını konumlandırın (Şekil 2A). NOT: Tüm prosedür boyunca, sürekli olarak termal destek sağlayın, ayak parmağını kıstırma refleksi ile anestezi derinliğini doğrulayın ve hayati belirtileri izleyin.</li>
	<li>Hayvanın üzerine steril bir cerrahi örtü yerleştirin.</li>
</ol>2. Servikal omurilik maruziyeti
<ol><li>Steril forseps kullanarak, kafatasının tabanını palpe ederek başlayın. Kafatasının tabanına yakın rostrokaudal olarak uzanan belirgin bir dikenli süreci hissedin; bu C214'tür (Şekil 1B ve Şekil 2B).</li>
	<li>T215 olarak tanımlanabilen, özellikle keskin ve sivri dikenli bir süreç bulmak için palpasyon kaudal ile C2'ye ilerleyin (Şekil 1B ve Şekil 2C).</li>
	<li>Bir neşter kullanarak, C2'den başlayarak ve kaudal olarak yaklaşık 1,5 cm uzanan ciltte bir kesi oluşturun (Şekil 2D). NOT: Kesi boyutu farklı büyüklükteki hayvanlar arasında farklılık gösterebilir. Anatomik yer işaretlerinin önceden tanımlandığından emin olun ve buna göre ilerleyin.</li>
	<li>Altta yatan sağlam sırt kaslarını ortaya çıkarmak için deri altı yağ tabakasını neşter ile dikkatlice kesin.</li>
	<li>Dorsal kaslar açığa çıktıktan sonra, iki Adson forseps kullanarak orta hattan çekerek künt diseksiyon yapın (Şekil 2E). NOT: Kanamayı en aza indirmek için kasları kesmek yerine künt diseksiyon (kas liflerini ayırarak) yapmak önemlidir. Dorsal kas sisteminin yeterli maruziyeti, top şeklinde bir kas ortaya çıkarmalıdır (Şekil 2G). Bu kas C2'yi tamamen, C3'ü ise kısmen kaplar.</li>
	<li>Rongeurs ve steril forseps kullanarak, kesilen bölgeye hemen kaudal bir deri flebi kaldırın. Küçük bir deri altı cep oluşturmak için rongeurs kullanın - bu, cihazın yeri olacaktır (Şekil 2F). NOT: Deri altı cebi, cihazın kendisinden daha büyük olmalıdır. Deri altı cebi açarken kontrolü ve görünürlüğü artırmak için cerrah(lar)ın kendilerini hayvana öne bakacak şekilde yeniden konumlandırmaları önerilir.</li>
	<li>Omurgayı ortaya çıkarmak için bir ekartör yerleştirin (Şekil 2G).</li>
	<li>Rongeurs kullanarak, omurları kaplayan kalan kasları veya dokuları çıkarın ve omurilik segmentlerini tanımlamaya başlayın. Top şeklindeki kasın hemen kaudali C4'tür, ardından C5 ve C6 gelir (Şekil 2G-I). Tamamlandığında, cerrahi alanı steril tuzlu su ile durulayın ve steril gazlı bezle kurulayın. NOT: Top şeklindeki kas C2'yi tamamen sarar ve kısmen C3'ün üzerine uzanır. Omurilik segmenti doğrudan kaudal, minimum temasla, C4 olarak belirlenmiştir.</li>
	<li>Probun amaçlanan amacına bağlı olarak laminektomi yapın.<ol><li>Lamina altındaki bir prob için, C5 ve C6'da lateral laminektomi gerçekleştirin ve gelecekteki prob yerleşimi için laminada yanal bir açıklık oluşturun (Şekil 2H, Ek Şekil 1A).</li>
		<li>Lamina üzerinde bir prob için, dikenli sürecin lateral yönlerini çıkarmadığınızdan emin olarak C5'lik bir medial laminektomi gerçekleştirin - sadece prob yerleşimi için bir medial yolu açığa çıkarın (Şekil 2I, Ek Şekil 1B).</li>
		<li>Laminektomiyi takiben, bölgeyi steril tuzlu su ile durulayın ve kemik kalıntılarını gidermek için steril gazlı bezle kurulayın. NOT: Laminektomi yapılırken, kordun zarar görmesini önlemek için rongeurları kemiğe doğru itmek ve aşağı doğru hareketlerden kaçınmak çok önemlidir.</li>
	</ol></li>
</ol>3. Cihazın epidural yerleştirilmesi
<ol><li>Steril cihazı plastik uçlu steril forseps ile tutun (Şekil 3A) ve adım 2.9'da daha önce yapılan deri altı açıklığın içine sürün. NOT: Cihaz sterilitesini korumak için cihaza steril olmayan eldivenlerle/aletlerle dokunmaktan kaçınmak çok önemlidir. Cihazı cilt altına yerleştirmek ve konumlandırmak için belirlenmiş steril forseps kullanın.</li>
	<li>Cihazı güvenli tutmak için komşu kas tabakasına dikin veya yapıştırın (Şekil 3B). NOT: Cihazı kaslara dikiyorsanız emilmeyen dikişler kullanın. Aksi takdirde vücutta dikiş emilimini gerçekleştirdikten sonra cihaz harekete yatkın hale gelir. Yapıştırıcı kullanılıyorsa, yapıştırıcının/yapıştırıcının uzun vadeli stabilitesini ve biyouyumluluğunu sağlayın. Güvenilir sabitleme noktaları sağlamak için cihazı deri altı yağ/yağ tabakasına sabitlemekten kaçının.<ol><li>Bu adıma devam etmeden önce cihaz gövdesinin konumunu planlayın. Cihaz kalıcı olarak sabitleneceğinden, cihaz omurilikte istenen seviyeye çok yakın veya çok uzak yerleştirilirse prob yerleştirme ile ilgili sorunlar (adım 3.4) ortaya çıkabilir.</li>
	</ol></li>
	<li>Ekartörü omuriliğin etrafına yerleştirin ve probu omuriliğe yerleştirmek için uygun bir pencere açın.</li>
	<li>Prob yerleşimleri:<ol><li>Lamina altına prob yerleştirme: Probu, (C5 ve C6) laminaların altına plastik uçlu forseps kullanarak, adım 2.9.1'de yapılan yanal kanallardan kaydırarak dikkatlice yerleştirin (Şekil 3D).</li>
		<li>Omurilik üzerine prob yerleştirme:<ol><li>Prob ucunu hizalamak için plastik uçlu forseps kullanarak probu ayarlayın ve adım 2.9.2'de C5'te oluşturulan medial pencerenin üstüne yerleştirin (Şekil 3C).</li>
		</ol></li>
	</ol></li>
	<li>Steril, küçük ve tercihen seramik bir kapta, bir kepçe diş çimentosu tozu, 3 damla yüksek teknoloji gresi ve bir damla katalizörü karıştırarak çimento hazırlayın. Viskoz bir kıvam elde edilene kadar steril kürdan ile karıştırın. NOT: Ameliyatı yapmayan bir kişinin, çimentoyu uygulamadan hemen önce cerrahın probu yerinde tutabilmesi ve istenen alanı kurutabilmesi için çimentoyu hazırlaması şiddetle tavsiye edilir. Bu adım zamana duyarlıdır. Çimentoyu hazırlamadan önce cerrahın probu konumlandırdığından emin olun. Katalizör uygulandıktan sonra, bir gecikme olması durumunda çimento kemikle etkili bir şekilde bağlanamayacak kadar kalınlaşacaktır. Prob / kemiğe yerleştirmeden önce uygun kıvamı elde etmek için ameliyattan önce çimento ile pratik yapın.</li>
	<li>Güvenilir bir ankraj noktası oluşturmak için omurlar üzerinde amaçlanan çimentolama alanını tamamen kurutun. Amaçlanan vertebral seviyenin üstüne yerleştirilmesi gereken probun ucuna 1-2 damla diş çimentosu uygulayın, bu durumda C4 (Şekil 3C,D). NOT: Çimentolamadan önce omurların mümkün olduğunca kuru olması çok önemlidir. Aksi takdirde, çimento yapışmaz ve prob sabitlenmez.</li>
	<li>30 saniye bekleyin ve kürlendiğini doğrulamak için çimentoya hafifçe dokunun.</li>
	<li>Çimento tamamen kürlenmemişse, 20 saniye daha bekleyin ve prob kemiğe sağlam bir şekilde sabitlenene kadar yeni yapılmış çimentoyu yeniden uygulayın. NOT: Çimento, dokunulduğunda sertleştiğinde ve sertleştiğinde düzgün bir şekilde bağlanmıştır. DİKKAT: Çimentonun çok sıvı haldeyken uygulanması, omurlar arasındaki omurilik dokusuna sızmasına neden olabilir. Böyle bir durumda, omurilik ile temas eden çimentoyu çıkarmak için forseps kullanmadan önce çimentonun daha sakız benzeri bir kıvama gelmesi için yaklaşık 10 saniye bekleyin.</li>
</ol>4. Ameliyat sonrası işlemler
<ol><li>Ameliyat tamamlandıktan sonra, 5-0 vicryl sütür kullanarak kesi bölgesini dikin. Hayvanı stereotaksik cihazdan yavaşça çıkarın ve ısıtılmış bir geri kazanım odasına aktarın. Ameliyattan sonraki ilk 3-5 gün boyunca hayvana yumuşak, nemli yem, ödül maması ve hidrojel su sağlayın.</li>
	<li>Ameliyattan sonraki ilk hafta boyunca hayvanı günde iki kez iyice izleyin. Buprenorfin ve ısıtılmış laktasyonlu Ringer enjeksiyonlarını sonraki 2 gün boyunca günde iki kez veya ağrı belirtileri devam ederse daha uzun süre uygulayın. Hayvan hiçbir klinik sağlık sorunu göstermeyene kadar günlük kontrollere devam edin. Daha sonra, hayvanı haftada en az bir kez kontrol edin.</li>
	<li>(İsteğe bağlı) Cihazın vücuttaki konumunun görsel bir göstergesi için ameliyattan ve insizyon kapandıktan sonra cilt üzerindeki cihaz çevresini ana hatlarıyla belirtin (Şekil 4A). NOT: Bu adım, anten bağlantısının kritik olduğu harici bir verici aracılığıyla kablosuz olarak çalıştırılması gereken cihazlar veya cilt 16,17,18 yoluyla yeniden doldurulması gereken ilaç dağıtım pompaları gibi cihazın harici erişim gerektirdiği durumlarda özellikle yararlıdır.</li>
</ol>

Kemirgenlerde Omurilik Cerrahisi ve Optik Şaft İmplantasyonu

<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>

Yazarların herhangi bir çıkar çatışması yoktur.

Omuriliğin nöromodülasyonu ve terapötik müdahaleleri genellikle probların kesin, hedeflenen segmentlereyerleştirilmesini gerektirir 3,4,7,13. Omuriliğin doğal hareketliliği göz önüne alındığında, kronik çalışmaları mümkün kılmak için probun güvenilir bir şekilde emniyete alınması gerekir. Spesifik uygulamaya bağlı olarak, probun omurilik ile fiziksel temas halinde olup olmadığını veya mümkün olduğunda enflamatuar doku yanıtını azaltmak için temasın azaltılıp azaltılamayacağını kontrol etmek önemli olabilir. Bu nedenle, iki yöntemin her biri için cerrahi adımlar açıklanmaktadır. Protokol, özellikle C5'te omuriliğin servikal segmentine bir probun nasıl yerleştirileceğini detaylandırır. Bununla birlikte, omuriliğin T2 veya T10'u için tarif edilen yer işaretini kullanarak, prob, maruz kaldıklarında sırasıyla T2 veya T10'dan omurları geri sayarak torasik veya lomber bölge üzerinde kesin bir konuma benzer şekilde yerleştirilebilir. Ayrıca, omurilik dokusu hasarını en aza indirmek için, bağlı proba kıyasla genellikle daha büyük ve daha sert olan cihaz gövdesini, omurilikten uzakta bir deri altı boşluğuna sabitledik.
Prob ile birleştirilmiş cihazı implante etmek için bazı kritik noktalar vardır. İlk olarak, probu çimentolamadan önce cihaz gövdesinin konumuna karar vermek çok önemlidir. Bu, probun ucu ile cihaz gövdesi arasındaki mesafenin, prob üzerindeki gerilimi azaltmak ve örneğin probun bükülmesine veya yer değiştirmesine neden olabilecek ekstra prob uzunluğundan kaçınmak için optimize edilmesini sağlar. Esasen amaç, probun uzunluğunun, cihaz gövdesinin yerleştirildiği deri altı boşluktan, probun çimentolandırıldığı hedeflenen omurilik bölgesine olan mesafeye benzer olmasını sağlamaktır. Çeşitli prob uzunluklarının test edildiği terminal cerrahi prosedürleri uygulanarak, hedeflenen bir segment için optimum boyut belirlenebilir.
Steriliteyi korumak için, deri altı cebe yerleştirilmesi sırasında cildin dış tabakası ile teması önlemek için cihaz dikkatli bir şekilde kullanılmalıdır. Bu tür bir temas, cihazın sterilitesini tehlikeye atabilir ve potansiyel olarak ameliyat sonrası enfeksiyona yol açabilir. Ek olarak, tipik olarak ince koruyucu, yalıtkan ve steril bir tabaka olan kaplamasına zarar vermemek için cihazı forseps ile tutarken uygulanan kuvvet miktarını en aza indirmek önemlidir20,21. Kaplamanın çıkarılması, örneğin devreyi kısaltarak, hayvanda elektrik çarpmasına neden olarak ve/veya vücutta enflamatuar bir tepkiye neden olarak cihazın ömrünü önemli ölçüde azaltabilir. Cihazı plastik uçlu forseps ile kullanmak bu tür komplikasyonları azaltmaya yardımcı olabilir.
Cihazı yumuşak dokuya dikerken, deri altı yağ dokusuna dikiş atmaktan kaçınmak önemlidir. Ön çalışmalarda görüldüğü gibi, yağ tabakaları yırtılmaya eğilimli oldukları için dikişler için güvenilir bir ankraj noktası değildir. Bunun yerine, cihazın vücuda kalıcı olarak yerleştirilmesi için emilmeyen dikişler kullanılarak cihaz gövdesi deri altı boşlukta bitişik bir kas tabakasına dikildi. Öte yandan, probu dikenli işlemlere sabitlerken, çimentoyu uygulamadan önce probun sabitlendiği yerin kuru olduğundan emin olmak önemlidir. Islak kemik/prob kürlenme süresini uzatır ve işlemin tamamen başarısız olmasına neden olabilir.
İmplantasyon ameliyatından önce dikkatlice ele alınması gereken implante edilebilir bir cihazla ilgili bazı kritik hususlar vardır. (1) Cihazın elektriksel olarak aktif parçaları, yalıtkan bir pasivasyon tabakası ile kapsüllenmelidir. Pasifleştirici katmandaki herhangi bir yoksunluk, cihazın işlevsel arızasına neden olabilir. (2) İmplante edilebilir, tesis hayvanı protokolüne göre iyice sterilize edilmelidir. (3) Cihaz ile nöral problar veya uyarıcı şaftlar arasındaki bağlantı güvenli bir şekilde oluşturulmalıdır. Bağlantı, sürekli hayvan hareketleri nedeniyle tekrarlanabilir mekanik stresten geçecektir. (4) Cihaza takılan nöral problar veya uyarıcı saplar, çeşitli noktalarda kopmayı önleyecek kadar esnek ve gerilebilir olmalıdır.
Açıklanan protokol, cihazları farklı boyutlardaki hayvan modellerine implante etmek için genişletilebilir. Anatomik işaretleri belirledikten sonra, tarif edilen cerrahi yöntemler, omuriliğin hedeflenen segmentlerinde herhangi bir nöral prob veya uyarıcı sapı sabitlemek ve bunlarla ilişkili kontrol modüllerini implante etmek için metodik olarak özelleştirilebilir. Bununla birlikte, uygulamaya bağlı olarak, farklı cihazlar bu kağıda implante edilenden farklı boyutlara, malzemelere ve kalınlıklara sahip olabilir; Örneğin, harici bir kontrol modülüne bağlı cihazlar ek hususlar gerektirir. Ek olarak, bu protokol optogenetik stimülasyon için uyarlanmış olsa da, ilaç verme veya elektrik stimülasyonu/kaydı gibi diğer nöromodülatör uygulamaların biraz farklı cerrahi prosedürler gerektirdiğine dikkat edilmelidir. Spesifik olarak, bu uygulamalar dura mater7'nin altındaki omurilik ile doğrudan teması sağlamak için subdural implantasyona ihtiyaç duyar. Bununla birlikte, optogenetik için, doku ile yakın temas tipik olarak gereksizdir, çünkü kemirgen dura mater ışık penetrasyonunu önemli ölçüde engellemez, bu da ışık kaynaklarının epidural olarak yerleştirilmesini sağlar10.

Omurilik, motor davranışları koordine etmekten solunum gibi homeostatik süreçleri düzenlemeye kadar bir dizi temel merkezi sinir sistemi fonksiyonunu kolaylaştırır 1,2. Omurilik boyunca karmaşık devre ağının rolünü aydınlatmak, elektriksel stimülasyon, kayıt, ilaç iletimi veya hedeflenen alanlara optik stimülasyon için arayüzler gerektirir 3,4,5,6. Bu tür sorgulamaları mümkün kılmak için cihazlar geliştirilmiş olmasına rağmen 7,8,9,10,11, omuriliğe kronik implantasyonları için özel cerrahi teknikler gereklidir 4. Özellikle, omurilik ve ilişkili omurlar, ekstansiyon ve bükülme gibi doğal hareketlerin neden olduğu mekanik deformasyonlara karşı artan duyarlılığa sahiptir 8,12,13. Omuriliğin bu benzersiz özellikleri, implante edilen probların uzun süreler boyunca belirli bir segmentte stabil, işlevsel ve güvenli kalmasını sağlamayı doğal olarak zorlaştırır.
Burada, omuriliğin hedeflenen bir segmentine optik bir sapın yerleştirilmesi ve sabitlenmesi için bir cerrahi protokol tanımlanmıştır (Şekil 1A). Özellikle servikal bölge ile arayüz oluşturmanınbenzersiz zorluklar getirdiği gösterildiğinden9, implantasyon adımları özellikle C5 servikal bölgesi üzerinde gösterilmiştir. Servikal omurganın karmaşıklığının, daha derin konumlandırılmasından ve kas sisteminin bolluğundan kaynaklandığı, omuriliğin geri kalanı boyunca belirgin olmayan bir özellik olduğu varsayılmaktadır. Ne olursa olsun, bu protokolde belirtilen prosedürler, çeşitli omurilik bölgelerindeki ameliyatlar için uyarlanabilir olacak şekilde tasarlanmıştır. Deri üzerinden tanımlanabilen belirgin anatomik "yer işaretleri" kullanılarak omurilik segmentlerini bulmak ve tanımlamak için adım adım talimatlar verilmiştir (Şekil 1B). Protokol daha sonra cerrahi implantasyon için iki tekniği açıklar: biri omurilik ile doğrudan temas gerektiren problar için ve diğeri doğrudan temas gerektirmeyebilecek problar için uyarlanmıştır. Açıklanan adımlar, kemirgen sağkalım cerrahisi eğitimi almış herhangi bir araştırmacı tarafından çoğaltılmak üzere tasarlanmıştır.
Bu protokol, C5 servikal seviye üzerine bağlı esnek bir optik şaft ile bir optoelektronik cihazın (18 mm x 13 mm) implantasyonu için adım adım talimatları kapsar. İmplante edilebilir cihaz, deri altından kaudal olarak C5'e sabitlenir ve omurilik optik stimülasyonu meydana geldiğinde yanan ve cihaz işlevselliği hakkında canlı geri bildirim sağlayan mikro ölçekli bir ışık yayan diyot (μLED) göstergesinden oluşur. İmplant takılan optik sapın doğal motor fonksiyon üzerindeki etkisi, implant takılan kemirgenler üzerinde değerlendirildi ve sahte ameliyatları olan kemirgenlerle karşılaştırıldı. Sonuçlar, probların implantasyondan yedi gün sonra hayvanın doğal arka ayağını ve ön ayak fonksiyonunu olumsuz etkilemediğini göstermektedir.

<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

Nöromodülasyon tanısal, modülatör ve terapötik uygulamalar sağlayabilir. Beyinde kapsamlı çalışmalar yapılmış olsa da, omuriliğin modülasyonu nispeten keşfedilmemiş durumda. Doğası gereği hassas ve hareketli omurilik dokusu, nöral probların hassas implantasyonunu zorlaştıran kısıtlamalar getirir. Nöromodülasyon cihazlarındaki, özellikle esnek biyoelektronikteki son gelişmelere rağmen, omurilikte kullanımlarını genişletme fırsatları, cihaz implantasyonunun cerrahi karmaşıklıkları nedeniyle sınırlı kalmıştır. Burada, kemirgenlerde omurilik ile arayüz oluşturan özel yapım bir optoelektronik cihazın implantasyonu için özel olarak tasarlanmış bir dizi cerrahi protokol sunuyoruz. İki farklı cerrahi implantasyon yöntemi ile omuriliğin belirli bir segmentine optik bir sap yerleştirme ve sabitleme adımları burada detaylandırılmıştır. Bu yöntemler, optik stimülasyon için omurilik ile doğrudan temas gerektirebilecek veya gerektirmeyebilecek çok çeşitli cihazlar ve uygulamalar için optimize edilmiştir. Metodolojiyi açıklamak için, bir cilt kesisi yapmadan önce belirgin yer işaretlerini belirlemek için önce vertebral anatomiye başvurulur. Kemirgenlerde servikal omurga üzerinde optik bir sapı sabitlemek için cerrahi adımlar gösterilmiştir. Daha sonra, optik şafta bağlı optoelektronik cihazın, omurilikten uzakta deri altı bir boşluğa sabitlenmesi ve gereksiz doğrudan teması en aza indirilmesi için prosedürler özetlenir. İmplantları alan hayvanları sahte ameliyatlar geçirenlerle karşılaştıran davranışsal çalışmalar, optik sapların implantasyondan yedi gün sonra arka bacak veya ön ayak fonksiyonunu olumsuz etkilemediğini göstermektedir. Bu çalışma, çeşitli omurilik müdahalelerini araştırmayı amaçlayan gelecekteki çalışmalarda kullanılmak üzere nöromodülasyon araç setini genişletmektedir.

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.

Yazar Spotlight: Kemirgen Omuriliğine Nöral Probların İmplante Edilmesi ve Sabitlenmesi için Yenilikçi Metodoloji

Optoelektronik cihazların kemirgen omuriliğine implantasyonu

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.

Ek Şekil 2'de gösterilen ayrıntılı fonksiyonel diyagramına sahip bir optoelektronik cihaz, dört Long Evans sıçanına implante edildi. Ek Şekil 3, implante edilmeye hazır nihai optoelektronik cihazı göstermektedir. Diğer üç hayvana, cihaz implantasyonu olmadan C5'te medial laminektomi içeren sahte ameliyatlar yapıldı. Optoelektronik cihaz, entegre bir LED sürücü tarafından etkinleştirilen, ucunda gömülü bir μLED bulunan esnek bir probdan oluşuyordu. LED sürücü, programlanabilir bellenime sahip bir mikro denetleyici tarafından kontrol edilir. Aynı zamanda derinin hemen altındaki kas tabakasına dikilen bir cihaz gövdesinden oluşuyordu. Kimyasal buhar biriktirme (CVD) kullanılarak tüm cihaz üzerinde bir Parylene-C (~ 10 μm) tabakası biriktirilir. İkinci bir Polidimetilsiloksan (PDMS) tabakası (~ 800 μm), doku ile yumuşak bir arayüz oluşturmak için optoelektronik cihaz gövdesini (Ek Şekil 3) kapladı. Prob ucu, μLED C5'in üzerinde gezinirken C4'te sabitlendi. Cihazda, cihaz işlevselliğinin canlı olarak doğrulanması için optik şaftın μLED'i ile aynı anda açılan bir μLED göstergesi (ışığı derinin altından görülebilen) kullanıldı. Hayvanlar, zaman içindeki performanslarının sürekli güvenilirliğini doğrulamak için ameliyattan sonraki 7 günlük bir süre boyunca izlendi (Şekil 4B).
Hayvanların motor fonksiyonları, Martinez açık alan lokomotor derecelendirme ölçeği19 kullanılarak değerlendirildi. Açık alan davranışını değerlendirmek için, tedavi gruplarından habersiz olan iki eğitimli gözlemci, testleri ameliyatlardan önce ve ameliyattan sonraki üç, beş ve yedinci günlerde gerçekleştirdi. Veri toplamayı takiben, implant ve sahte gruplar arasında hem ön ayak hem de arka ayak skorları için her bir zaman noktasında farklılıkları belirlemek için Mann-Whitney U testi yapıldı. Analizimiz, yedinci güne kadar implant ve sahte gruplarda benzer bir ön ayak fonksiyon skorunu göstermektedir (Şekil 5A). Benzer şekilde, tüm zaman noktalarında arka bacak skorları için gruplar arasında istatistiksel olarak anlamlı bir fark yoktu (Şekil 5B).
Probun ve cihaz gövdesinin yerinde kalıp kalmadığını doğrulamak için implantasyondan 7 gün sonra ölüm sonrası doğrulama yapıldı. Sütürün veya cihazın gözle görülür bir şekilde ayrılması bulunamadı. Ayrıca, cihaz gövdesinin çekilmesi, dokudan ayrılmasına neden olmadı (Ek Şekil 4A). Daha önce diseke edilmiş ve dikilmiş kaslar daha sonra omurilik üzerinde açığa çıkarıldı ve probların omurilik üzerinde güvenli bir şekilde çimentolu kaldığı doğrulandı (Ek Şekil 4B). Cihaz gövdesine benzer şekilde, prob kafası, prob-lamina mekanik bağlantısına bağlantısını değerlendirmek için çimentolama noktasına karşı art arda geri çekildi.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66992/66992fig01.jpg"> Şekil 1: Cihaz implantasyonu ve anatomik yer işaretlerine şematik genel bakış. (A) Probun omurilik üzerine yerleştirilmesini ve cihazın deri altına yerleştirilmesini göstermek. (B) Omurilik seviyelerini belirlemek için kullanılan yer işaretlerini gösteren 3D model. C2, T2 ve T10 dikenli süreçler referans için gösterilmiştir. Daha koyu renkler karşılık gelen seviyeyi gösterir. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66992/66992fig01large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66992/66992fig02.jpg"> Şekil 2: Omuriliğin açığa çıkarılması ve deri altı cebin hazırlanması. (A) Stereotaksik hayvanın üzerine yerleştirilir. (B) C2 spinöz süreç ve (C) T2 spinöz süreç palpasyon yoluyla tanımlanır. (D) Servikal seviyede ilgilenilen noktada dorsal kas sistemini ortaya çıkarmak için deri ve deri altı yağ tabakasından bir kesi yapılır. (E) Dorsal kas sisteminin künt diseksiyonu ile servikal omurlar açığa çıkar. (F) İmplante edilebilir cihaz kaudalini insizyon bölgesine sabitlemek için bir deri altı cep oluşturulur. (G) Yeterli diseksiyonu takiben, servikal omurları ve top şeklindeki kası ortaya çıkarmak için, C2'yi tamamen kaplayan ve C3'ü kısmen maskeleyen bir ekartör yerleştirilir. Kesikli çizgi, top şeklindeki kası gösterir. Servikal omurilik açığa çıktıktan sonra, (H) omurların altına prob yerleştirilmesi için C5 ve C6'da iki lateral laminektomi yapılır veya (I) omurların üzerine prob yerleştirilmesi için C5'te medial laminektomi yapılır. Yıldız işaretleri lateral laminektomi bölgesini gösterir. Ölçek çubukları = 3 mm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66992/66992fig02large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66992/66992fig03.jpg"> Şekil 3: Cihaz implantasyonu ve prob yerleştirme. (A) Cihaz deri altı cebe yerleştirilir. (B) Cihaz kas sistemine dikilir. (C) Prob, medial laminektomi yapılan C5 laminanın üzerine sabitlenir. (D) Cihaz, her ikisi de lateral laminektomi uygulanan C5 ve C6 laminalarının altına yerleştirilir. Hem (C) hem de (D)'de, probun ucu sağlam bir C4'te çimentolanır. Ölçek çubukları = 3 mm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66992/66992fig03large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66992/66992fig04.jpg"> Şekil 4: Ameliyat sonrası işaretleme cihazı ve işlevselliğin doğrulanması. (A) Cihazın yeri, ameliyat sonrası tanımlanmasını kolaylaştırmak için dikiş atıldıktan sonra isteğe bağlı olarak cilt üzerinde işaretlenebilir. (B) Şekil, implantasyon sonrası bir hayvanı tasvir etmektedir. Cihazın işlevselliği, cildin altında görünen μLED göstergesi gözlemlenerek doğrulandı ve cihazın başarılı bir şekilde çalıştığını doğruladı (hayvanın sağ tarafındaki yumru, cihaz gövdesinin implante edildiği yerdir). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66992/66992fig04large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66992/66992fig05.jpg"> Şekil 5: Martinez'in zaman içinde ön ayak ve arka ayak performansı için sahte ve implant gruplarında açık alan davranış puanları. Grafikler, dört zaman noktasında (A) ön ayak ve (B) arka ayak açık alan değerlendirmeleri için ortalama davranış puanlarını göstermektedir: 0 (başlangıç), 3 gün, 5 gün ve implantasyondan 7 gün sonra (DPI). Hata çubukları, ortalamanın (SEM) standart hatasını temsil eder. Sahte ve implant grupları arasındaki önemli farklılıklar (p < 0.05) belirli zaman noktalarında yıldızlarla (*) gösterilir. Şekil açıklaması, noktalı çizgi ile görüntülenen sahte grupları gösterirken, implant grubu düz çizgi ile gösterilir. Sahte örneklem büyüklüğü n = 3 ve implant n = 4 idi. Parametrik olmayan Mann-Whitney U testi, her bir zaman noktasında gruplar arasındaki farklılıkların anlamlılığını değerlendirmek için kullanıldı. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66992/66992fig05large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</a>
Ek Şekil 1: Laminektomi çizimi. Kesikli çizgiler, (A) omurların altına prob yerleştirilmesi için iki lateral laminektomi ve (B) omurların üzerine prob yerleştirilmesi için medial laminektomi için rezeke edilecek bölgeleri gösterir. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66992/Supplementary%20Figure%201.zip" target="_blank">Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.</a>
Ek Şekil 2: Optoelektronik cihazın şeması. Cihazın ayrıntılı blok diyagramı gösterilmektedir. Sol üst blok, bir kablosuz güç alıcısı anteni rezonans LC tankını gösterir. Alınan güç doğrultulur ve düşük bırakmalı bir voltaj regülatörüne (LDO) beslenir. Bir mikrodenetleyici ünitesi, programlanan parametrelere göre cihazı otomatik olarak etkinleştirir ve bir LED sürücü, proba gömülü tüm μLED'lere güç sağlar. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66992/Supplementary%20Figure%202.zip" target="_blank">Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.</a>
Ek Şekil 3: Optoelektronik cihaz. Ucunda 1 μLED bulunan bir optik şafta bağlı biyouyumlu kapsüllemeye sahip son optoelektronik cihaz. Kesikli dikdörtgen, μLED'in konumunu gösterir. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66992/Supplementary%20Figure%203.zip" target="_blank">Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.</a>
Ek Şekil 4: Cihaz kararlılığının ölüm sonrası doğrulanması. İmplantasyondan yedi gün sonra, (A) cihaz gövdesi, implante edildiği pozisyonda kas sistemine dikilmiş olarak kalmıştır ve (B) çimentolu prob, C4 laminasının üzerinde sabitlenmiş olarak kalmıştır. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66992/Supplementary%20Figure%204.zip" target="_blank">Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.</a>

Bu protokol, omurilik cerrahisi yapmak ve kemirgenlerde omurilik üzerine optik bir şaft implante etmek ve sabitlemek için cerrahi bir prosedürü detaylandırır.

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

727 Görüntüleme.  University of British Columbia. Kemirgen omuriliğinde nöral probların implantasyonu ve emniyete alınması için yenilikçi ve gerçekleştirmesi kolay bir metodoloji sunuyoruz. İmplantasyon protokolü, omurilik ile doğrudan temas gerektiren nöral problar içindir ve doğrudan temas gerektirmeyen problar için uyarlanabilir. Esnek biyoelektronikteki son gelişmeler, implante edilebilir nöromodülatör cihazları büyük ölçüde geliştirmiştir.Bu cihazlar beyin çalışmala...

Video: Yazar Spotlight: Kemirgen Omuriliğine Nöral Probların İmplante Edilmesi ve Sabitlenmesi için Yenilikçi Metodoloji

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.

Nörobilim

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.