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

De auteurs willen Jana Moon bedanken voor deskundige technische bijstand. Studies gepresenteerd in deze paper werden gefinancierd door middel van een R21 (R21NS104584) subsidie aan SK.

Alle dierproeven worden uitgevoerd onder goedkeuring van het Committee on the Use and Care of Animals van de Universiteit van Michigan.
OPMERKING: Donorratten krijgen gratis toegang tot voedsel en water voorafgaand aan huid- en spierdonatieprocedures. Euthanasie wordt uitgevoerd onder diepe anesthesie, gevolgd door intra-cardiale kaliumchloride-injectie met een secundaire methode van bilaterale pneumothorax. Elke stam van rat kan theoretisch worden gebruikt met dit experiment; echter, ons labo...

<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>

De C-RPNI is een nieuwe constructie die gelijktijdige versterking van de motorische signalen van een doelzenuw biedt met afferente zintuiglijke feedback. In het bijzonder, de C-RPNI heeft een uniek nut voor degenen die leven met proximale amputaties als hun motor en zintuiglijke fascicles kan niet gemakkelijk mechanisch worden gescheiden tijdens de operatie. In plaats daarvan maakt de C-RPNI gebruik van de inherente preferentiële reinnervation eigenschappen van de zenuw zelf aan te moedigen zintuiglijke vezel reinnervat...

Extremiteit amputaties beïnvloeden bijna 1 op 190 Amerikanen1, en hun prevalentie zal naar verwachting toenemen van 1,6 miljoen vandaag tot meer dan 3,6 miljoen in 20502. Ondanks gedocumenteerd gebruik voor meer dan een millennium, moet de ideale prothese nog worden gerealiseerd3. Momenteel bestaan er complexe protheses die in staat zijn om meerdere gewrichtsmanipulaties te maken met het potentieel om veel motorische functies van de inheemse extremiteit4,5te reproduceren. Deze apparaten worden echter niet als intuïtief beschouwd, omdat de gewenste prothesebeweging meestal functioneel gescheiden is van het ingangssignaal. Gebruikers beschouwen deze "geavanceerde protheses" doorgaans moeilijk te leren en daarom niet geschikt voor dagelijks gebruik1,6. Bovendien bieden complexe protheses die momenteel op de markt zijn geen noemenswaardige mate van subtiele zintuiglijke feedback voor adequate controle. Het gevoel van aanraking en proprioceptie zijn van vitaal belang voor het uitvoeren van dagelijkse taken, en zonder deze, eenvoudige handelingen zoals het oppakken van een kopje koffie worden belastend als het volledig afhankelijk is van visuele signalen7,8,9. Om deze redenen worden geavanceerde prothesen geassocieerd met een aanzienlijke mate van mentale vermoeidheid en worden ze vaak omschreven als omslachtig en onbevredigend5,10,11. Om dit aan te pakken, hebben sommige onderzoekslaboratoria protheses ontwikkeld die een beperkte mate van zintuiglijke feedback kunnen bieden via directe neurale interactie12,13,14,15, maar feedback is vaak beperkt tot kleine, verspreide gebieden op de handen en vingers12,13, en sensaties werden opgemerkt als pijnlijk en onnatuurlijk op keer15. Veel van deze studies missen helaas een merkbare follow-up op lange termijn en zenuwhistologie om lokale weefseleffecten af te lijnen, terwijl het opmerken interface mislukking op de schaal van weken tot maanden16.
Voor deze populatie, zou de ideale prothese apparaat high fidelity motorische controle naast zinvolle somatosensorische feedback uit de omgeving van het individu gedurende hun hele leven. Cruciaal voor het ontwerp van deze ideale prothese is de ontwikkeling van een stabiele, betrouwbare interface die gelijktijdige overdracht van afferente somatosensorische informatie met efferent motorsignalen mogelijk zou maken. De meest veelbelovende van de huidige mens-machine interfaces zijn die rechtstreeks interageren met het perifere zenuwstelsel, en recente ontwikkelingen op het gebied van neuro-geïntegreerde protheses hebben gewerkt aan het overbruggen van de kloof tussen bio-elektrische en mechanische signalen17. De huidige interfaces die worden gebruikt zijn: flexibele zenuwplaten14,15,18, extra neurale manchetelektroden13,19,20,21,22,23, weefseldoordringende elektroden24,25,31,32, en intrafascicular elektroden26,27 ,28. Elk van deze methoden heeft echter beperkingen aangetoond met betrekking tot zenuwspecificiteit, weefselletsel, axonale degeneratie, myelineuitputting en/of littekenweefselvorming geassocieerd met chronische inwonende reactie van het vreemde lichaam16,17,18,19. Meer recent, is het gepostuleerd dat een bestuurder achter uiteindelijke geïmplanteerde elektrode mislukking is het significante verschil in moduli Young's tussen elektronisch materiaal en inheemse neurale weefsel. Hersenweefsel is onderworpen aan aanzienlijke microbeweging op een dagelijkse basis, en het is theorie dat de shear stress veroorzaakt door verschillen in moduli Young veroorzaakt ontsteking en uiteindelijke permanente littekens30,31,32. Dit effect wordt vaak verergerd in de ledematen, waar perifere zenuwen zijn onderworpen aan zowel fysiologische microbeweging en opzettelijke extremiteit macromotion. Als gevolg van deze constante beweging, is het redelijk om te concluderen dat het gebruik van een volledig abiotische perifere zenuwinterface is niet ideaal, en een interface met een biologische component zou meer geschikt zijn.
Om aan deze behoefte aan een biologische component tegemoet te komen, ontwikkelde ons laboratorium een biotische zenuwinterface die de Regeneratieve Perifere Zenuwinterface (RPNI) wordt genoemd om getransecteerde perifere zenuwen in een resterende ledemaat te integreren met een protheseapparaat. RPNI fabricage omvat chirurgisch implanteren van een perifere zenuw in een autologe vrije spiertransplantatie, die vervolgens revasculariseert en reinnervates. Ons lab heeft deze biologische zenuwinterface in de afgelopen tien jaar ontwikkeld, met succes in het versterken en overbrengen van motorische signalen in combinatie met geïmplanteerde elektroden in zowel dier- als menselijke proeven, waardoor een geschikte prothesecontrole met meerdere vrijheidsgraden2,34. Daarnaast hebben we afzonderlijk aangetoond zintuiglijke feedback door het gebruik van perifere zenuwen ingebed in huidtransplantaties, de naam van de Dermal Sensory Interface (DSI)3,35. In meer distale amputaties, met behulp van deze constructies tegelijkertijd is haalbaar als motor en zintuiglijke fascicles binnen het doel perifere zenuw kan operatief worden gescheiden. Echter, voor meer proximale niveau amputaties, dit is niet haalbaar als gevolg van vermenging van motorische en zintuiglijke vezels. De Composite Regenerative Peripheral Nerve Interface (C-RPNI) is ontwikkeld voor meer proximale amputaties, en het gaat om het implanteren van een gemengde sensorimotorische zenuw in een constructie bestaande uit vrije spiertransplantatie beveiligd om een segment van dermale graft (Figuur 1). Perifere zenuwen tonen preferentiële gerichte reinnervation, dus zintuiglijke vezels zal re-innervate de huidtransplantatie en motorvezels, de spiertransplantatie. Deze constructie heeft dus de mogelijkheid om tegelijkertijd motorsignalen te versterken en tegelijkertijd somatosensorische feedback te geven36 (figuur 2),waardoor de ideale, intuïtieve, complexe prothese kan worden gerealiseerd.

<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

Recente vooruitgang in neuroprotheses hebben mensen die leven met extremiteit verlies in staat gesteld om vele functies inheems in de afwezige extremiteit te reproduceren, en dit wordt vaak bereikt door integratie met het perifere zenuwstelsel. Helaas worden momenteel gebruikte methoden vaak geassocieerd met aanzienlijke weefselschade die langdurig gebruik voorkomt. Bovendien, deze apparaten missen vaak een zinvolle mate van zintuiglijke feedback als hun complexe constructie dempt alle trillingen of andere sensaties een gebruiker kan eerder afhankelijk zijn geweest bij het gebruik van meer eenvoudige protheses. De samengestelde regeneratieve perifere zenuwinterface (C-RPNI) werd ontwikkeld als een stabiele, biologische constructie met de mogelijkheid om efferentmotorzenuwsignalen te versterken en tegelijkertijd afferente zintuiglijke feedback te geven. De C-RPNI bestaat uit een segment van vrije huid en spiertransplantatie beveiligd rond een doel gemengde sensorimotorische zenuw, met preferentiële motorische zenuw reinnervation van de spiertransplantatie en zintuiglijke zenuw reinnervation van de huid transplantatie. Bij ratten heeft deze constructie de generatie van samengestelde spieractiemogelijkheden (CMAP's) aangetoond, waardoor het signaal van de doelzenuw van het micro- tot milli-voltniveau wordt versterkt, met signaal-ruisverhoudingen van gemiddeld ongeveer 30-50. Stimulatie van de huidcomponent van de constructie genereert samengestelde sensorische zenuwactie potentialen (CSP's) bij de proximale zenuw. Als zodanig heeft deze constructie veelbelovende toekomstige nut naar de realisatie van de ideale, intuïtieve prothese.

Construct fabricage wordt beschouwd als niet succesvol als ratten ontwikkelen van een infectie of niet overleven chirurgische anesthesie. Uit eerder onderzoek is gebleken dat deze constructies ongeveer drie maanden nodig hebben om2,3,17,36te revasculariseren en te reinnervaten. Na de herstelperiode van drie maanden kunnen de constructietests worden voortgezet om...

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

Het volgende manuscript beschrijft een nieuwe methode voor het ontwikkelen van een biologisch, gesloten lus neurale feedback systeem genoemd de samengestelde regeneratieve perifere zenuwinterface (C-RPNI). Deze constructie heeft de mogelijkheid om te integreren met perifere zenuwen om efferent motorsignalen te versterken en tegelijkertijd afferente zintuiglijke feedback te geven.

Fabricage van de Composite Regeneratieve Perifere Nerve Interface (C-RPNI) in de Adult Rat

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

Ons protocol is significant in dat het gelijktijdige motorische zenuwsignaal versterking naast de levering van afferent sensorische zenuwstimulatie door het gebruik van een biologische perifere zenuwinterface mogelijk maakt. Deze techniek kan een levenselig protheseapparaat bieden voor mensen met amputaties, omdat de C-RPNI gelijktijdige motorische controle en sensorische feedback mogelijk maakt binnen dezelfde perifere zenuwinterface. Veel van degenen die leven met amputaties verlaten geavanceerde neuroprothese apparaten omdat de apparaten geen intuïtieve controle en zinvolle zintuiglijke feedback.Deze techniek biedt beide en kan prothese apparaat verlaten voorkomen. Deze techniek kan worden toegepast op personen met zwakke of afwezige ledematen of zintuiglijke tekorten die verder inzicht geven in feedbacksystemen die nauwkeurige en intuïtieve extremiteitscontrole bieden. Het uitvoeren van een operatie op perifere zenuwen is moeilijk omdat er weinig ruimte is voor fouten.Het gebruik van hoogwaardige instrumenten en oefenen zijn vaak de beste manieren om succes te garanderen. Chirurgische technieken zijn ongelooflijk moeilijk over te brengen en te leren van een literair formaat. Het observeren van elke stap die betrokken is bij de constructie fabricage is de sleutel tot het beheersen van de methode.Om een huidtransplantatie voor te bereiden, breng na het bevestigen van een gebrek aan respons op teensnuifje zalf op de ogen van de verdoofde rat. Scheer met behulp van tondeuse de gehele onderste achterpoot, enkelstreek en zijkanten van de poot. Desinfecteer de geselecteerde achterpoot in het plantaire oppervlak van de poot met een sequentiële alcohol-iodopovidone-oplossing en alcoholreinie.Met behulp van een handheld micro-motor high-speed boor met een verwijderbare ronde fijne grit polijsten steen, braam de plantaire oppervlak van de poot om de opperhuid te verwijderen bij een snelheid van 4.000 omwentelingen per minuut het toepassen van druppels zout om niet te verbranden van de huid. De onderliggende dermis zal een glanzend uiterlijk hebben met pinpoint bloeden. Breng een tourniquet aan op het onderste uiteinde om de bloedstroom te vertragen en gebruik een nummer 15 scalpel om de plantaire huid scherp te verwijderen.Plaats de huid in zout bevochtigd gaas om uitdroging te voorkomen en breng een gaaswrap aan op de bloedende voet om de bloeding te vertragen. Plaats de huid onder een ontledenmicroscoop en gebruik microscissors om een tendineuze en bindweefsel te verwijderen uit de diepe laag van de huidtransplantatie. De uitgedunde huidtransplantatie moet licht ondoorzichtig zijn, alleen dermis bevatten en ongeveer 0,5 bij een centimeter groot zijn.Plaats het weefsel vervolgens in een nieuw stuk zout bevochtigd gaas tot de constructie fabricage. Om een spiertransplantaat voor te bereiden, gebruik een nummer 15 scalpel om een longitudinale incisie te maken langs het voorste aspect van de onderste achterpoot van net boven de enkel tot net onder de knie. Ontleden door het onderhuidse weefsel om het onderliggende spierstelsel bloot te stellen.Op het distale aspect van de incisie, bloot de tendineuze invoegingen van de onderste ledematen spierstelsel. De tibialis voorste is meestal de grootste en meest voorste van de spieren. Net onder en achterste van deze spier ligt de extensor digitorum longus.Om de distale extensor digitorum longus pees te isoleren van de andere pezen in het gebied, steek beide tanden van een tang onder de pees en open de tangen om opwaartse druk uit te oefenen om peesexcursie te veroorzaken. Manipulatie van de pees moet ervoor zorgen dat alle tenen gelijktijdig worden uitgebreid. Gebruik een scherpe irisschaar om een distale tenotomie uit te voeren en gebruik tenomoties om de spier botweg te scheiden van het omliggende weefsel dat proximally werkt om de tendineuze oorsprong te vinden.Zodra de proximale pees kan worden gevisualiseerd, gebruik maken van de iris schaar om een tweede tenotomie uit te voeren en plaats de spiertransplantatie in een zoutoplossing bevochtigd gaas. Voor isolatie en voorbereiding van de gemeenschappelijke peroneale zenuw, scheer een dij en desinfecteren de blootgestelde huid met een sequentiële alcohol-Betadine-alcohol reinigen. Plaats de verdoofde rat op een verwarmingskussen onder een chirurgische microscoop en markeer de incisie van slechts distaal tot de heupinkeping aan het inferieure deel van de knie inferieur aan en schuin weg van het dijbeen.Gebruik dan een nummer 15 scalpel om een incisie langs het merk te maken door de onderliggende biceps femoris fascia. Ontleed zorgvuldig de biceps femoris spier naar de ruimte die ten grondslag ligt aan de biceps femoris. Na de identificatie van de gemeenschappelijke peroneale zenuw, gebruik maken van micro fijngepunte tangen en microscissors om zorgvuldig isoleren van de gemeenschappelijke peroneale zenuw van de andere heuptakken.Verwijder elk slepend bindweefsel distaal en op het punt waarop de zenuw het oppervlak van de knie kruist, de zenuw scherp oversnijden met een paar microscissors. Dan zorgvuldig vrij alle resterende bindweefsel van de gemeenschappelijke peroneale zenuw en proximally werken om de zenuw te bevrijden tot een lengte van ongeveer twee centimeter. Zenuwen zijn delicaat en kleine misstappen kunnen leiden tot blijvende functionele tekorten.Frequente praktijk, nauwkeurige chirurgische instrumenten, en ideale hand positionering en ondersteuning zijn de sleutel tot het beheersen van deze techniek. Om de C-RPNI constructie te fabriceren, plaats de spiertransplantatie onder de ontledenmicroscoop en verwijder al het centrale tendineuze weefsel, evenals een klein centraal segment van epimysium waardoor de tendineuze uiteinden intact blijven. Met behulp van een 8-0 nylon hechting en twee onderbroken steken, zet het epineurium van het doorgesneden uiteinde van de gemeenschappelijke peroneale zenuw vast aan het gebied van de spiertransplantatie verstoken van epimysium aan weerszijden van de zenuw.Zet de spiertransplantatie vast aan het dijbeenperiosteum met een enkele 6-0 nylon onderbroken steek zowel proximaal als distally met de zenuwspierverbinding die weg van het dijbeen wordt geconfronteerd. Plaats een 8-0 nylon steek op de inferieure centrale marge van de spier graft epimysium het beveiligen van het aan de gemeenschappelijke peroneale zenuw epineurium om laksheid in de zenuw in de spiertransplantaat te creëren. Plaats de huidtransplantatie op de spiertransplantatie, zodat het volledig betrekking heeft op de zenuw en de meerderheid van de spier met de diepe marge van de dermis rustend op de spier.Knip een dermis die zich uitstrekt over de rand van de spier en gebruik 8-0 nylon onderbroken hechtingen om de huidtransplantaat omtrek te beveiligen aan de spiertransplantatie. Sluit de biceps femoris fascia over de constructie in een lopende manier met 5-0 chromische hechting en sluit de bovenvormige huid met een 4-0 chromische hechting in running mode. Swap vervolgens het chirurgische gebied met een alcoholpad en breng antibiotica zalf toe voordat de rat zich laat herstellen met voedsel- en waterbronnen gescheiden van kooipartners met controle tot volledige recumbency.Indien succesvol, chirurgische blootstelling van de constructies na drie maanden zal onthullen re-gevasculariseerde spier en huid en zachte knijpen van de gemeenschappelijke peroneale zenuw met tangen proximale aan de constructie zal resulteren in zichtbare spiercontractie. Histologische analyse moet aantonen levensvatbare huid, zenuw, en spieren. Immunostaining zal ook onthullen motorische en zintuiglijke zenuw re-innervation aan hun neuromusculaire knooppunten en sensorische eindorganen respectievelijk.Elektrofysiologische tests kunnen worden uitgevoerd op deze constructies in vivo, zoals aangetoond, bijvoorbeeld op drie en negen maanden na C-RPNI fabricage. Hier, enkele en summatie samengestelde spier actie potentialen en samengestelde zintuiglijke zenuw actie potentialen signalen verkregen tijdens elektrofysiologische testen in een grafisch formaat worden getoond. Suboptimale resultaten bij de spiertransplantatie worden aangegeven door verzwakte signalen die de karakteristieke samengestelde spieractie potentiële golfvorm missen.Suboptimale resultaten op het niveau van de huidcomponent omvatten meestal demping van de golfvorm met significante achtergrondgeluid. Instrumenten van goede kwaliteit zijn van vitaal belang. Schaar moet scherp zijn en tangen moeten fijn worden getipt om een uiterst nauwkeurige behandeling van de huidtransplantaten en de zenuw zonder schade te vergemakkelijken.Na fabricage kan deze methode worden gebruikt in elektrofysiologische onderzoeken om de signaalmogelijkheden verder te karakteriseren die meer inzicht bieden in efferent en afferent feedback lussen. Hoewel de C-RPNI zorgt voor zintuiglijke feedback, is het onduidelijk of een closed-loop feedback systeem voor proprioceptie kan worden vastgesteld. We pakken deze vraag momenteel in het lab.

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

Fabricatie van elektrochemische-DNA Biosensoren voor de Reagentless detectie van nucleïnezuren, eiwitten en kleine moleculen

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

Het overbruggen van de Bio-elektronische interface met 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

Genereren van een drie-dimensionale volledige dikte huidequivalent en Automated Verwonden

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

Ontwerp en de fabricage van een elastomeer Unit voor Soft Modulaire Robots bij minimaal invasieve chirurgie

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

Methoden voor de Self-integratie van Megamolecular Biopolymeren op de drooglucht-LC Interface

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

Fabricage van extracellulaire matrix-afgeleide schuimen en microdragers Weefsel-specifieke Cell Cultuur en 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

Een ultrasone instrument voor de geleiding van de zenuwen blokkeren in diabetische Rat modellen

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

Fabricage van Decellularized kraakbeen afkomstige Matrix steigers

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

Een Tripeptide-gestabiliseerde Nanoemulsion van oliezuur

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

De fabricage en werking van een continu flow, micro-elektroporatiesysteem met permeabilisatiedetectie

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