Name: fabrication of the composite regenerative peripheral nerve interface (c-rpni) in the adult rat
Uploaded: 2020-02-25T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Fabrication of the Composite Regenerative Peripheral Nerve Interface C-RPNI in the Adult Rat at JoVE.com

Forfatterne vil gerne takke Jana Moon for ekspert teknisk bistand. Undersøgelser fremlagt i dette dokument blev finansieret gennem et R21 (R21NS104584) tilskud til SK.

Alle dyreforsøg udføres under godkendelse fra University of Michigan's Udvalg om brug og pleje af dyr.
BEMÆRK: Donorrotter har gratis adgang til mad og vand før hud- og muskeldonation. Eutanasi udføres under dyb anæstesi efterfulgt af intra-hjerte kaliumchlorid injektion med en sekundær metode til bilateral pneumothorax. Enhver stamme af rotte kan teoretisk udnyttes med dette eksperiment; vores laboratorium har dog opnået ensartede resultater hos både mandlige og kvindelige Fischer F3...

<ol>
	<li>Biddiss, E. A., Chau, T. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Upper+limb+prosthesis+use+and+abandonment:+A+survey+of+the+last+25+years.">Upper limb prosthesis use and abandonment: A survey of the last 25 years.</a> Prosthetics and Orthotics International. 31 (3), 236-257 (2007).</li><li>Kung, T. A., 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=Regenerative+peripheralnerve+interface+viability+and+signal+transduction+with+an+implanted+electrode.">Regenerative peripheralnerve interface viability and signal transduction with an implanted electrode.</a> Plastic and Reconstructive Surgery. 133 (6), 1380-1394 (2014).</li><li>Larson, J. V., 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=Prototype+Sensory+Regenerative+Peripheral+Nerve+Interface+for+Artificial+Limb+Somatosensory+Feedback.">Prototype Sensory Regenerative Peripheral Nerve Interface for Artificial Limb Somatosensory Feedback.</a> Plastic and Reconstructive Surgery. 133 (3 Suppl), 26-27 (2014).</li><li>Hijjawi, J. 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=Improved+myoelectric+prosthesis+control+accomplished+using+multiple+nerve+transfers.">Improved myoelectric prosthesis control accomplished using multiple nerve transfers.</a> Plastic and Reconstructive Surgery. 118 (7), 1573-1578 (2006).</li><li>Pylatiuk, C., Schulz, S., D&#246;derlein, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Results+of+an+Internet+survey+of+myoelectric+prosthetic+hand+users.">Results of an Internet survey of myoelectric prosthetic hand users.</a> Prosthetics and Orthotics International. 31 (4), 362-370 (2007).</li><li>Baghmanli, Z., 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=Biological+and+electrophysiologic+effects+of+poly(3,4-ethylenedioxythiophene)+on+regenerating+peripheral+nerve+fibers.">Biological and electrophysiologic effects of poly(3,4-ethylenedioxythiophene) on regenerating peripheral nerve fibers.</a> Plastic and Reconstructive Surgery. 132 (2), 374-385 (2013).</li><li>Dhillon, G. S., Horch, K. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+neural+sensory+feedback+and+control+of+a+prosthetic+arm.">Direct neural sensory feedback and control of a prosthetic arm.</a> IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. 13 (4), 468-472 (2005).</li><li>Romo, R., Hern&#225;ndez, A., Zainos, A., Salinos, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Somatosensory+discrimination+based+on+cortical+microstimulation.">Somatosensory discrimination based on cortical microstimulation.</a> Nature. 392, 387-390 (1998).</li><li>O'Doherty, 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=Active+tactile+exploration+using+a+brain-machine-brain+interface.">Active tactile exploration using a brain-machine-brain interface.</a> Nature. 479, 228-231 (2011).</li><li>Stein, R. B., Walley, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+comparison+of+upper+extremity+amputees+using+myoelectric+and+conventional+prostheses.">Functional comparison of upper extremity amputees using myoelectric and conventional prostheses.</a> Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 64 (6), 243-248 (1983).</li><li>Millstein, S. G., Heger, H., Hunter, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Prosthetic+Use+in+Adult+Upper+Limb+Amputees:+A+Comparison+of+the+Body+Powered+and+Electrically+Powered+Prostheses.">Prosthetic Use in Adult Upper Limb Amputees: A Comparison of the Body Powered and Electrically Powered Prostheses.</a> Prosthetics and Orthotics International. 10 (1), 27-34 (1986).</li><li>Zollo, L., 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=Restoring+tactile+sensations+via+neural+interfaces+for+real-time+force-and-slippage+closed-loop+control+of+bionic+hands.">Restoring tactile sensations via neural interfaces for real-time force-and-slippage closed-loop control of bionic hands.</a> Science Robotics. 4 (27), eaau9924 (2019).</li><li>Tan, D. W., 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+neural+interface+provides+long-term+stable+natural+touch+perception.">A neural interface provides long-term stable natural touch perception.</a> Science Translational Medicine. 6 (257), 257ra138 (2014).</li><li>Stieglitz, T., 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=On+Biocompatibility+and+Stability+of+Transversal+Intrafascicular+Multichannel+Electrodes-TIME.">On Biocompatibility and Stability of Transversal Intrafascicular Multichannel Electrodes-TIME.</a> Converging Clinical and Engineering Research on Neurorehabilitation II. 15, 731-735 (2017).</li><li>Petrini, F. M., 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=Six-months+assessment+of+a+hand+prosthesis+with+intraneural+tactile+feedback.">Six-months assessment of a hand prosthesis with intraneural tactile feedback.</a> Annals of Neurology. 85 (1), 137-154 (2019).</li><li>Jung, R., Abbas, J., Kuntaegowdanahalli, S., Thota, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bionic+intrafascicular+interfaces+for+recording+and+stimulating+peripheral+nerve+fibers.">Bionic intrafascicular interfaces for recording and stimulating peripheral nerve fibers.</a> Bioelectronics in Medicine. 1 (1), 55-69 (2018).</li><li>Micera, S., Navarro, X., Yoshida, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interfacing+With+the+Peripheral+Nervous+System+to+Develop+Innovative+Neuroprostheses.">Interfacing With the Peripheral Nervous System to Develop Innovative Neuroprostheses.</a> IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. 17 (5), 417-419 (2009).</li><li>Stieglitz, T., Schuettler, M., Schneider, A., Valderrama, E., Navarro, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Noninvasive+measurement+of+torque+development+in+the+rat+foot:+measurement+setup+and+results+from+stimulation+of+the+sciatic+nerve+with+polyimide-based+cuff+electrodes.">Noninvasive measurement of torque development in the rat foot: measurement setup and results from stimulation of the sciatic nerve with polyimide-based cuff electrodes.</a> IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. 11 (4), 427-437 (2003).</li><li>Polasek, K. H., Hoyen, H. A., Keith, M. W., Tyler, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+nerve+stimulation+thresholds+and+selectivity+using+a+multi-contact+nerve+cuff+electrode.">Human nerve stimulation thresholds and selectivity using a multi-contact nerve cuff electrode.</a> IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. 15 (1), 76-82 (2007).</li><li>Nielson, K. D., Watts, C., Clark, W. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Peripheral+nerve+injury+from+implantation+of+chronic+stimulating+electrodes+for+pain+control.">Peripheral nerve injury from implantation of chronic stimulating electrodes for pain control.</a> Surgical Neurology. 5 (1), 51-53 (1976).</li><li>Waters, R. L., McNeal, D. R., Faloon, W., Clifford, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+electrical+stimulation+of+the+peroneal+nerve+for+hemiplegia.+Long-term+clinical+follow-up.">Functional electrical stimulation of the peroneal nerve for hemiplegia. Long-term clinical follow-up.</a> Journal of Bone and Joint Surgery. 67 (5), 792-793 (1985).</li><li>Larsen, J. O., Thomsen, M., Haugland, M., Sinkjaer, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Degeneration+and+regeneration+in+rabbit+peripheral+nerve+with+long-term+nerve+cuff+electrode+implant:+a+stereological+study+of+myelinated+and+unmyelinated+axons.">Degeneration and regeneration in rabbit peripheral nerve with long-term nerve cuff electrode implant: a stereological study of myelinated and unmyelinated axons.</a> Acta Neuropathologica. 96 (4), 365-378 (1998).</li><li>Krarup, C., Loeb, G. E., Pezeshkpour, G. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conduction+studies+in+peripheral+cat+nerve+using+implanted+electrodes:+III.+The+effects+of+prolonged+constriction+on+the+distal+nerve+segment.">Conduction studies in peripheral cat nerve using implanted electrodes: III. The effects of prolonged constriction on the distal nerve segment.</a> Muscle Nerve. 12 (11), 915-928 (1989).</li><li>Micera, S., Navarro, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bidirectional+interfaces+with+the+peripheral+nervous+system.">Bidirectional interfaces with the peripheral nervous system.</a> International Review of Neurobiology. 86, 23-38 (2009).</li><li>Urbanchek, M. 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=Microscale+Electrode+Implantation+during+Nerve+Repair:+Effects+on+Nerve+Morphology,+Electromyography,+and+Recovery+of+Muscle+Contractile+Function.">Microscale Electrode Implantation during Nerve Repair: Effects on Nerve Morphology, Electromyography, and Recovery of Muscle Contractile Function.</a> Plastic and Reconstructive Surgery. 128 (4), 270e-278e (2011).</li><li>Yoshida, K., Horch, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Selective+stimulation+of+peripheral+nerve+fibers+using+dual+intrafascicular+electrodes.">Selective stimulation of peripheral nerve fibers using dual intrafascicular electrodes.</a> IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 40 (5), 492-494 (1993).</li><li>Branner, A., Stein, R. B., Normann, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Selective+stimulation+of+cat+sciatic+nerve+using+an+array+of+varying+length+microelectrodes.">Selective stimulation of cat sciatic nerve using an array of varying length microelectrodes.</a> Journal of Neurophysiology. 85 (4), 1585-1594 (2001).</li><li>Zheng, X. J., Zhang, J., Chen, T., Chen, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Longitudinally+implanted+intrascicular+electrodes+for+stimulating+and+recording+fascicular+physioelectrical+signals+in+the+sciatic+nerve+of+rabbits.">Longitudinally implanted intrascicular electrodes for stimulating and recording fascicular physioelectrical signals in the sciatic nerve of rabbits.</a> Microsurgery. 23, 268-273 (2003).</li><li>del Valle, J., Navarro, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interfaces+with+the+peripheral+nerve+for+the+control+of+neuroprostheses.">Interfaces with the peripheral nerve for the control of neuroprostheses.</a> International Review of Neurobiology. 109, 63-83 (2013).</li><li>Stiller, A. M., 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+Meta-Analysis+of+Intracortical+Device+Stiffness+and+Its+Correlation+with+Histological+Outcomes.">A Meta-Analysis of Intracortical Device Stiffness and Its Correlation with Histological Outcomes.</a> Micromachines. 9 (9), 443 (2018).</li><li>Hanson, T., Diaz-Botia, C., Kharazia, V., Maharbiz, M., Sabes, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+"sewing+machine"+for+minimally+invasive+neural+recording.">The "sewing machine" for minimally invasive neural recording.</a> bioRxiv. , (2019).</li><li>Yang, X., 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=Bioinspired+neuron-like+electronics.">Bioinspired neuron-like electronics.</a> Nature Materials. 18, 510-517 (2019).</li><li>Irwin, Z. T., 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=Chronic+recording+of+hand+prosthesis+control+signals+via+a+regenerative+peripheral+nerve+interface+in+a+rhesus+macaque.">Chronic recording of hand prosthesis control signals via a regenerative peripheral nerve interface in a rhesus macaque.</a> Journal of Neural Engineering. 13 (4), 046007 (2016).</li><li>Kubiak, C. A., 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=Abstract+24:+Successful+Control+of+Virtual+and+Robotic+Hands+using+Neuroprosthetic+Signals+from+Regenerative+Peripheral+Nerve+Interfaces+in+a+Human+Subject.">Abstract 24: Successful Control of Virtual and Robotic Hands using Neuroprosthetic Signals from Regenerative Peripheral Nerve Interfaces in a Human Subject.</a> Plastic and Reconstructive Surgery Global Open. 6 (4), 19-20 (2018).</li><li>Sando, I. 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=Dermal-Based+Peripheral+Nerve+Interface+for+Transduction+of+Sensory+Feedback.">Dermal-Based Peripheral Nerve Interface for Transduction of Sensory Feedback.</a> Plastic and Reconstructive Surgery. 136 (4 Suppl), 19-20 (2015).</li><li>Kubiak, C. A., 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=Abstract+36:+Viability+and+Signal+Transduction+with+the+Composite+Regenerative+Peripheral+Nerve+Interface+(C-RPNI).">Abstract 36: Viability and Signal Transduction with the Composite Regenerative Peripheral Nerve Interface (C-RPNI).</a> Plastic and Reconstructive Surgery Global Open. 7 (4), 26-27 (2019).</li><li>Kubiak, C. A., 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=Abstract+QS18:+Neural+Signal+Transduction+with+the+Muscle+Cuff+Regenerative+Peripheral+Nerve+Interface.">Abstract QS18: Neural Signal Transduction with the Muscle Cuff Regenerative Peripheral Nerve Interface.</a> Plastic and Reconstructive Surgery Global Open. 7 (4 Suppl), 114 (2019).</li><li>Woo, S. L., 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=Utilizing+nonvascularized+partial+skeletal+muscle+grafts+in+peripheral+nerve+interfaces+for+prosthetic+control.">Utilizing nonvascularized partial skeletal muscle grafts in peripheral nerve interfaces for prosthetic control.</a> Journal of the American College of Surgeons. 219 (4), e136-e137 (2014).</li><li>Sporel-&#214;zakat, R. E., Edwards, P. M., Hepgul, K. T., Savas, A., Gispen, W. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+simple+method+for+reducing+autotomy+in+rats+after+peripheral+nerve+lesions.">A simple method for reducing autotomy in rats after peripheral nerve lesions.</a> Journal of Neuroscience Methods. 36 (2-3), 263-265 (1991).</li><li>Carr, M. M., Best, T. J., Mackinnon, S. E., Evans, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Strain+differences+in+autotomy+in+rats+undergoing+sciatic+nerve+transection+or+repair.">Strain differences in autotomy in rats undergoing sciatic nerve transection or repair.</a> Annals of Plastic Surgery. 28 (6), 538-544 (1992).</li></ol>

C-RPNI er en ny konstruktion, der giver samtidig forstærkning af et mål nerve motor brusende signaler med levering af afferent sensorisk feedback. Især C-RPNI har unikke nytte for dem, der lever med proksimale amputationer som deres motor og sensoriske fascicles kan ikke let adskilles mekanisk under operationen. I stedet c-RPNI udnytter den iboende præference reinnervation egenskaber af nerven selv at tilskynde sensoriskfiber reinnervation til afhuden sensoriske ende organer og motorfibre til neuromuskulære vejkryds...

Ekstremitetsamputationer påvirker næsten 1 ud af 190 amerikanere1, og deres udbredelse forventes at stige fra 1,6 millioner i dag til over 3,6 millioner i 20502. På trods af dokumenteret brug i over et årtusinde, den ideelle protese er endnu ikke realiseret3. I øjeblikket findes der komplekse proteser i stand til flere fælles manipulationer med potentiale til at reproducere mange motoriske funktioner i den indfødte ende4,5. Disse enheder betragtes dog ikke som intuitive, da den ønskede protesebevægelse typisk er funktionelt adskilt fra indgangskontrolsignalet. Brugerne typisk overveje disse "avancerede proteser" vanskeligt at lære og derfor ikke egnet til daglig brug1,6. Derudover giver komplekse proteser, der i øjeblikket er på markedet, ikke nogen nævneværdig grad af subtil sensorisk feedback for tilstrækkelig kontrol. Følelsen af berøring og proprioception er afgørende for at udføre daglige opgaver, og uden disse, simple handlinger såsom picking up en kop kaffe bliver byrdefuld, da det er helt afhængig af visuelle signaler7,8,9. Af disse grunde er avancerede proteser forbundet med en betydelig grad af mental træthed og beskrives ofte som byrdefulde og utilfredsstillende5,10,11. For at løse dette, nogle forskningslaboratorier har udviklet proteser i stand til at give en begrænset grad af sensorisk feedback via direkte neurale interaktion12,13,14,15, men feedback er ofte begrænset til små, spredte områder på hænder og fingre12,13, og fornemmelser blev bemærket at være smertefulde og unaturlige til tider15. Mange af disse undersøgelser mangler desværre enhver mærkbar langsigtet opfølgning og nervehistologi til at afgrænse lokale vævseffekter, samtidig med at der bemærkes interface svigt på omfanget af uger til måneder16.
For denne population, ville den ideelle protese enhed give high fidelity motor kontrol sammen med meningsfuld somatosensorisk feedback fra den enkeltes miljø i hele deres levetid. Afgørende for udformningen af nævnte ideelle protese er udviklingen af en stabil, pålidelig grænseflade, der ville give mulighed for samtidig transmission af afferent somatosensoriske oplysninger med brusende motorsignaler. Den mest lovende af de nuværende menneske-maskine grænseflader er dem, der interagerer med det perifere nervesystem direkte, og den seneste udvikling inden for neuro-integrerede proteser har arbejdet hen imod at bygge bro over kløften mellem bioelektriske og mekaniske signaler17. Nuværende grænseflader udnyttet omfatter: fleksible nerveplader14,15,18, ekstra-neurale manchet elektroder13,19,20,21,22,23, væv gennemtrængende elektroder24,25,31,32, og intrafascicular elektroder26,27 ,28. Men hver af disse metoder har vist begrænsninger med hensyn til nerve specificitet, vævskade, axonal degeneration, myelin udtynding, og / eller arvæv dannelse forbundet med kronisk iboende fremmedlegeme respons16,17,18,19. For nylig, Det er blevet postuleret, at en driver bag eventuel implanteret elektrode fiasko er den betydelige forskel i Young's moduli mellem elektronisk materiale og indfødte neurale væv. Hjernevæv er genstand for betydelig mikromotion på daglig basis, og det er blevet toretiseret, at forskydningsstress forårsaget af forskelle i Young's moduli forårsager betændelse og eventuel permanent ardannelse30,31,32. Denne effekt er ofte forværret i ekstremiteterne, hvor perifere nerver er underlagt både fysiologiske mikrograder og forsætlig ekstremitet makromotion. På grund af denne konstante bevægelse, er det rimeligt at konkludere, at udnyttelsen af en helt abiotisk perifer nerve interface ikke er ideel, og en grænseflade med en biologisk komponent ville være mere egnet.
For at løse dette behov for en biologisk komponent, vores laboratorium udviklet en biotisk nerve interface kaldet Regenerative Perifernerve Interface (RPNI) til at integrere transected perifere nerver i en resterende lemmer med en protese enhed. RPNI fabrikation indebærer kirurgisk implantering af en perifer nerve i en autolog fri muskeltransplantation, som efterfølgende revaskuulariserer og reinnervates. Vores laboratorium har udviklet denne biologiske nerve interface i løbet af det seneste årti, med succes med at forstærke og sende motorsignaler, når det kombineres med implanterede elektroder i både dyre-og menneskelige forsøg, giver mulighed for passende protese kontrol med flere grader af frihed2,34. Derudover har vi separat demonstreret sensorisk feedback gennem brug af perifere nerver indlejret i dermal grafts, benævnt Dermal Sensory Interface (DSI)3,35. I mere distale amputationer, ved hjælp af disse konstruktioner samtidig er muligt som motor og sensoriske fascicles inden for målet perifere nerve kan kirurgisk adskilt. Men for mere proksimale niveau amputationer, dette er ikke muligt på grund af sammenblanding af motor iske og sensoriske fibre. Den sammensatte regenerative perifere nerveinterface (C-RPNI) blev udviklet til mere proksimale amputationer, og det indebærer implantering af en blandet sensorimotor nerve i en konstruktion bestående af gratis muskeltransplantation fastgjort til et segment af dermal graft (Figur 1). Perifere nerver demonstrere præference målrettet reinnervation, således sensoriske fibre vil re-innervate den dermal graft og motorfibre, muskeltransplantatet. Denne konstruktion har således evnen til samtidig at forstærke motorsignaler og samtidig give somatosensorisk feedback36 (Figur 2), der giver mulighed for realiseringen af den ideelle, intuitive, komplekse protese.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>#15 Scalpel</td>
			<td>Aspen Surgical, Inc</td>
			<td>Ref 371115</td>
			<td>Rib-Back Carbon Steel Surgical Blades (#15)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4-0 Chromic Suture</td>
			<td>Ethicon</td>
			<td>SKU# 1654G</td>
			<td>P-3 Reverse Cutting Needle</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5-0 Chromic Suture</td>
			<td>Ethicon</td>
			<td>SKU# 687G</td>
			<td>P-3 Reverse Cutting Needle</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>6-0 Ethilon Suture</td>
			<td>Ethicon</td>
			<td>SKU# 697G</td>
			<td>P-1 Reverse Cutting Needle (Nylon suture)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>8-0 Monofilament Suture</td>
			<td>AROSurgical</td>
			<td>T06A08N14-13</td>
			<td>Black polyamide monofilament suture on a threaded tapered needle</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Experimental Rats</td>
			<td>Envigo</td>
			<td>F344-NH-sd</td>
			<td>Rats are Fischer F344 Strain</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fluriso (Isofluorane)</td>
			<td>VetOne</td>
			<td>13985-528-40</td>
			<td>Inhalational Anesthetic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro Motor High Speed Drill with Stone</td>
			<td>Master Mechanic</td>
			<td>Model 151369</td>
			<td>Handheld rotary tool; kit comes with multiple fine grit stones</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oxygen</td>
			<td>Cryogenic Gases</td>
			<td>UN1072</td>
			<td>Standard medical grade oxygen canisters</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium Chloride</td>
			<td>APP Pharmaceuticals</td>
			<td>63323-965-20</td>
			<td>Injectable form, 2 mEq/mL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Povidone Iodine USP</td>
			<td>MediChoice</td>
			<td>65517-0009-1</td>
			<td>10% Topical Solution, can use one bottle for multiple surgical preps</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Puralube Vet Opthalmic Ointment</td>
			<td>Dechra</td>
			<td>17033-211-38</td>
			<td>Corneal protective ointment for use during procedure</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rimadyl (Caprofen)</td>
			<td>Zoetis, Inc.</td>
			<td>NADA# 141-199</td>
			<td>Injectable form, 50 mg/mL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stereo Microscope</td>
			<td>Leica</td>
			<td>Model M60</td>
			<td>User can adjust magnification to their preference</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Surgical Instruments</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>Various</td>
			<td>User can choose instruments according to personal preference or from what is currently available in their lab</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Triple Antibiotic Ointment</td>
			<td>MediChoice</td>
			<td>39892-0830-2</td>
			<td>Ointment comes in sterile, disposable packets</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>VaporStick 3</td>
			<td>Surgivet</td>
			<td>V7015</td>
			<td>Anesthesia tower with space for isofluorane and oxygen canister</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Webcol Alcohol Prep</td>
			<td>Coviden</td>
			<td>Ref 6818</td>
			<td>Alcohol prep wipes; use a new wipe for each prep</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fabrication of the composite regenerative peripheral nerve interface (c-rpni) in the adult rat

Nylige fremskridt inden for neuroproteser har gjort det muligt for dem, der lever med ekstremitettab, at gengive mange funktioner, der er hjemmehørende i den fraværende ende, og dette opnås ofte gennem integration med det perifere nervesystem. Desværre, metoder i øjeblikket anvendes er ofte forbundet med betydelige vævsskader, som forhindrer langvarig brug. Derudover mangler disse enheder ofte nogen meningsfuld grad af sensorisk feedback, da deres komplekse konstruktion dæmper eventuelle vibrationer eller andre fornemmelser, som en bruger tidligere har været afhængig af, når du bruger mere enkle proteser. Den sammensatte regenerative perifere nerveinterface (C-RPNI) blev udviklet som en stabil, biologisk konstruktion med evnen til at forstærke brusende motornervesignaler, samtidig med at den giver samtidig afferent sensorisk feedback. C-RPNI består af et segment af fri dermal og muskeltransplantation sikret omkring et mål blandet sensorimotor nerve, med præferencemotor nerve reinnervation af muskeltransplantatet og sensorisk nerve reinnervation af den afhuden graft. Hos rotter har denne konstruktion vist, at der er opstået et multikolalt muskelfremtonspotentiale, hvilket forstærker målnervens signal fra mikro- til milli-volt-niveauet med et signal til støjforhold i gennemsnit ca. 30-50. Stimulering af den dermale komponent i konstruktionen genererer sammensatte sensoriske nerveactionpotentialer (CsNAPs) ved den proksimale nerve. Som sådan har denne konstruktion lovende fremtidige nytte mod realiseringen af den ideelle, intuitive protese.

Konstruktion fabrikation anses for mislykket, hvis rotter udvikle en infektion eller ikke overlever kirurgisk anæstesi. Tidligere forskning har vist, at disse konstruktioner kræver ca. tre måneder at revaskulær og reinnervere2,3,17,36. Efter tilbagebetalingsperioden på tre måneder kan der udføres konstruktionstest for at undersøge levedygtigheden. Kirurg...

Watch this Scientific Journal Video about Fabrication of the Composite Regenerative Peripheral Nerve Interface C-RPNI in the Adult Rat at JoVE.com

Fabrication of the Composite Regenerative Peripheral Nerve Interface C-RPNI in the Adult Rat

Følgende manuskript beskriver en ny metode til udvikling af et biologisk, lukket kredsløb neurale feedback system kaldes den sammensatte regenerative perifere nerve interface (C-RPNI). Denne konstruktion har evnen til at integrere med perifere nerver til at forstærke brusende motorsignaler og samtidig give afferent sensorisk feedback.

Fabrikation af den sammensatte regenerative perifere nervegrænseflade (C-RPNI) i voksenrotten

Recent advances in neuroprosthetics have enabled those living with extremity loss to reproduce many functions native to the absent extremity, and this is ...

Vores protokol er betydelig i, at det giver mulighed for samtidig motorisknerve signal forstærkning sammen med levering af afferent sensorisk nerve stimulation gennem udnyttelse af en biologisk perifer nerve interface. Denne teknik kan give en livagtig protese enhed for dem med amputationer som C-RPNI giver samtidig motorisk kontrol og sensorisk feedback inden for samme perifere nerve interface. Mange af dem, der lever med amputationer opgive avancerede neuroprotestiske enheder, fordi enhederne mangler intuitiv kontrol og meningsfuld sensorisk feedback.Denne teknik giver både og kan forhindre protese enhed nedlæggelse. Denne teknik kan anvendes på personer med enten svage eller fraværende lemmer eller sensoriske underskud giver yderligere indsigt i feedback-systemer, der giver præcis og intuitiv ekstremitetskontrol. Udførelse kirurgi på perifere nerver er svært, da der er lidt margin for fejl.Brug af instrumenter af høj kvalitet og praktiserende ofte er de bedste måder at sikre succes. Kirurgiske teknikker er utroligt vanskelige at formidle og lære af et litterært format. Observation hvert eneste skridt, der er involveret i konstruktionen fabrikation er nøglen til at mestre metoden.For at forberede en hudtransplantation, efter at have bekræftet en manglende reaktion på tå knivspids, anvende salve til øjnene af bedøvet rotte. Brug clippers, barbere hele den nederste baglæbe, ankel region og sider af poten. Desinficere den valgte hindlimb i plantar overfladen af poten med en sekventiel alkohol-iodopovidon opløsning og alkohol rense.Ved hjælp af en håndholdt mikromotor højhastighedsbor med en aftagelig rund fin grus polering sten, burr plantar overfladen af poten for at fjerne epidermis med en hastighed på 4, 000 omdrejninger i minuttet anvende dråber af saltvand for ikke at brænde huden. Den underliggende dermis vil have en skinnende udseende med lokalisere blødning. Påfør en årepresse til den nedre ende for at bremse blodgennemstrømningen og bruge en række 15 skalpel til skarpt at fjerne plantar huden.Placer huden i saltvand fugtet gaze for at forhindre udsivning og anvende en gaze wrap til den blødende fod til langsom blødning. Placer huden under et dissekerende mikroskop og brug mikroscissatorer til at fjerne enhver tendinøs og bindevæv fra det dybe lag af hudtransplantation. Den fortyndede dermal graft skal være lidt uigennemsigtig, indeholder kun dermis og måle ca 0,5 med en centimeter i størrelse.Derefter placere væv i et nyt stykke saltvand fugtet gaze indtil konstruere fabrikation. For at forberede en muskeltransplantation, bruge en række 15 skalpel til at gøre en langsgående snit langs den forreste aspekt af den nederste hindlimb fra lige over anklen til lige under knæet. Disseker gennem det subkutane væv for at eksponere den underliggende muskulatur.På det distale aspekt af snittet, udsætte tendinøse indsættelser af underekstremiteterne muskulatur. Den skinnebialis forreste er typisk den største og mest forreste af musklerne. Lige nedenunder og posteriort til denne muskel ligger extensor digitorum longus.For at isolere den distale extensor digitorum longus senen fra de andre sener i området, indsætte begge tænder af en kraftøje under senen og åbne stænden til exsert opadgående pres for at forårsage seneudflugt. Manipulation af senen bør forårsage alle tæerne til at udvide samtidig. Brug skarpe iris saks til at udføre en distal tenotomi og bruge tenomoties til rent ud at adskille musklen fra det omgivende væv arbejder proksimalt at finde den tendinøse oprindelse.Når den proksimale senen kan visualiseres, skal du bruge iris saks til at udføre en anden tenotomy og placere muskeltransplantation i en saltvand fugtet gaze. Til isolering og forberedelse af den almindelige peroneale nerve, barbere et lår og desinficere den eksponerede hud med en sekventiel alkohol-Betadin-alkohol rense. Placer bedøvet rotte på en varmepude under et kirurgisk mikroskop og markere snittet fra bare distale til iskias hak til ringere del af knæet ringere end og vinklet væk fra lårbenet.Brug derefter en række 15 skalpel til at foretage et snit langs mærket gennem den underliggende biceps femoris fascia. Forsigtigt dissekere gennem biceps femoris muskel til rummet underliggende biceps femoris. Efter identifikation af den fælles peroneal nerve, bruge mikro finspidset forrektr og microscissors til omhyggeligt at isolere den fælles peroneale nerve fra de andre iskias grene.Fjern eventuelle dvælende bindevæv distally og på det punkt, hvor nerven krydser overfladen af knæet, skarpt transect nerven med et par microscissors. Derefter omhyggeligt frigør eventuelle resterende bindevæv fra den fælles peroneal nerve og arbejde proksimalt at frigøre nerven til en længde på cirka to centimeter. Nerver er sarte og mindre fejltrin kan forårsage varige funktionelle underskud.Hyppig praksis, præcise kirurgiske instrumenter, og ideel hånd positionering og støtte er nøglen til at mestre denne teknik. At fremstille C-RPNI konstruere, placere muskeltransplant under dissekere mikroskop og fjerne alle de centrale tendinøse væv samt en lille centralt segment af epimysium forlader tendinøse ender intakt. Brug af en 8-0 nylon sutur og to afbrudt sting, sikre epineurium af den transected ende af den fælles peroneal nerve til det område af muskeltransplantation blottet for epimysium på hver side af nerven.Fastgør muskeltransplantatet til lårbenet periosteum med en enkelt 6-0 nylon afbrudt søm både proksimalt og distally med nervemusklen krydset vender væk fra lårbenet. Placer en 8-0 nylon søm på ringere centrale margin af muskeltransplantate epimysium sikre det til den fælles peroneal nerve epineurium for at skabe slaphed i nerven i muskeltransplantation. Placer hudtransplantation på muskeltransplantation, så det helt dækker nerve og størstedelen af musklen med den dybe margin af dermis hviler på musklen.Trim enhver dermis, der strækker sig ud over grænsen af musklen og bruge 8-0 nylon afbrudt suturer til circumferentially sikre hudtransplantation til muskeltransplantation. Luk biceps femoris fascia over konstruktionen i en kørende måde med 5-0 kromisk sutur og luk den overliggende hud med en 4-0 kromisk sutur i løbemode. Derefter bytte det kirurgiske område med en alkohol pad og anvende antibiotika salve, før de tillader rotten at komme sig med mad og vand kilder adskilt fra bur hjælpere med overvågning, indtil fuld recumbency.Hvis det lykkes, kirurgisk eksponering af konstruktioner efter tre måneder vil afsløre re-vaskulariseret muskel og hud og blid klemme af den fælles peroneal nerve med pincet proksimalt til konstruktionen vil resultere i synlige muskelsammentrækning. Histologisk analyse bør demonstrere levedygtig hud, nerve, og muskel. Immunostaining vil også afsløre motoriske og sensoriske nerve re-innervation til deres neuromuskulære kryds og sensoriske ende organer henholdsvis.Elektrofysiologiske test kan udføres på disse konstruktioner in vivo som påvist, for eksempel på tre og ni måneder efter C-RPNI fabrikation. Her, enkelt og summation sammensatte muskel handling potentialer og sammensatte sensoriske nerve handling potentialer signaler opnået under elektrofysiologiske test i et grafisk format er vist. Suboptimale resultater på muskeltransplantation er angivet med svækkede signaler, der mangler den karakteristiske sammensatte muskel handling potentielle bølgeform.Suboptimale resultater på niveau med dermal komponent indebærer normalt dæmpning af bølgeformen med betydelig baggrundsstøj. Instrumenter af god kvalitet er afgørende. Saks skal være skarp og scer skal være fint tippet for at lette en yderst præcis håndtering af dermal grafts og nerve uden skader.Efter fabrikation, kan denne metode anvendes i elektrofysiologiske undersøgelser til yderligere at karakterisere signalering kapaciteter giver mere indsigt i efferent og affesse feedback sløjfer. Selv om C-RPNI giver mulighed for sensorisk feedback, er det uklart, om en lukket-loop feedback-system til proprioception kan etableres. Vi er i øjeblikket ved at tage fat på dette spørgsmål i laboratoriet.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Fabrication of the Composite Regenerative Peripheral Nerve Interface (C-RPNI) in the Adult Rat

Fabrication of Electrochemical-DNA Biosensors for the Reagentless Detection of Nucleic Acids, Proteins and Small Molecules

As medicine is currently practiced, doctors send specimens to a central laboratory for testing and thus must wait hours or days to 
receive the results. ...

Bridging the Bio-Electronic Interface with Biofabrication

Bridging Bio-elektroniske grænseflade med Biofabrication

Advancements in lab-on-a-chip technology promise to revolutionize both research and medicine through lower costs, better sensitivity, portability, and ...

Generation of a Three-dimensional Full Thickness Skin Equivalent and Automated Wounding

Generation af en tre-dimensionel fuld tykkelse Skin Equivalent og Automated Anskydning

In vitro models are a cost effective and ethical alternative to study cutaneous wound healing processes. Moreover, by using human cells, these models ...

Design and Fabrication of an Elastomeric Unit for Soft Modular Robots in Minimally Invasive Surgery

Design og fremstilling af en elastomer Enheden for Soft Modular Robotter i minimalt invasiv kirurgi

In recent years, soft robotics technologies have aroused increasing interest in the medical field due to their intrinsically safe interaction in ...

Methods for the Self-integration of Megamolecular Biopolymers on the Drying Air-LC Interface

Metoder til Self-integration af Megamolecular Biopolymers på Tørring Air-LC-grænseflade

Living organisms that use water are always prone to drying in the environment. Their activities are driven by biopolymer-based micro- and ...

Fabrication of Extracellular Matrix-derived Foams and Microcarriers as Tissue-specific Cell Culture and Delivery Platforms

Fabrikation af ekstracellulære matrix-afledte Skum og Mikrobærere som Tissue-specifikke cellekultur og Delivery Platforms

Cell function is mediated by interactions with the extracellular matrix (ECM), which has complex tissue-specific composition and architecture. The focus ...

An Ultrasonic Tool for Nerve Conduction Block in Diabetic Rat Models

En ultralyds værktøj til Nerve Varmeledning blokere i diabetisk rotte modeller

Nerve conduction block with a high intensity-focused ultrasound (HIFU) transducer has been performed in normal and diabetic animal models recently. HIFU ...

Fabrication of Decellularized Cartilage-derived Matrix Scaffolds

Fabrikation af Decellularized brusk-afledte Matrix stilladser

Osteochondral defects lack sufficient intrinsic repair capacity to regenerate functionally sound bone and cartilage tissue. To this extent, cartilage ...

A Tripeptide-Stabilized Nanoemulsion of Oleic Acid

Et tripeptid-stabiliseret Nanoemulsion af oliesyre

We describe a method to produce a nanoemulsion composed of an oleic acids-Pt(II) core and a lysine-tyrosine-phenylalanine (KYF) coating (KYF-Pt-NE). The ...

The Fabrication and Operation of a Continuous Flow, Micro-Electroporation System with Permeabilization Detection

Fremstilling og drift af et kontinuerligt flow, mikroelektroporationssystem med permeabiliseringsdetektion

Current therapeutic innovations, such as CAR-T cell therapy, are heavily reliant on viral-mediated gene delivery. Although efficient, this technique is ...