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 ønsker å takke Jana Moon for ekspert teknisk assistanse. Studier som ble presentert i denne artikkelen ble finansiert gjennom et R21 (R21NS104584) stipend til SK.

Alle dyreforsøk utføres under godkjenning av University of Michigan's Committee on the Use and Care of Animals.
MERK: Donorrotter får fri tilgang til mat og vann før hud- og muskeldonasjonsprosedyrer. Eutanasi utføres under dyp anestesi etterfulgt av intra-hjerte kaliumklorid injeksjon med en sekundær metode for bilateral pneumothorax. Enhver stamme av rotte kan teoretisk brukes med dette eksperimentet; Laboratoriet vårt har imidlertid oppnådd konsistente resultater hos både mannlige ...

<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 konstruksjon som gir samtidig forsterkning av en målnerve motorefferent signaler med levering av afferent sensorisk tilbakemelding. Spesielt har C-RPNI unikt verktøy for de som lever med proksimale amputasjoner som deres motor og sensoriske fascicles kan ikke lett skilles mekanisk under operasjonen. I stedet benytter C-RPNI de iboende fortrinnsrett reinnervation egenskapene til nerven selv for å oppmuntre sensorisk fiber reinnervation å dermal sensoriske endeorganer og motorfibre til nevromuskulære v...

Ekstremitetamputasjoner påvirker nesten 1 av 190 amerikanere1, og deres utbredelse er anslått å øke fra 1,6 millioner i dag til over 3,6 millioner innen 20502. Til tross for dokumentert bruk i over et årtusen, har den ideelle protesen ennå ikke blitt realisert3. For tiden finnes det komplekse proteser som er i stand til flere felles manipulasjoner med potensial til å reprodusere mange motorfunksjoner av den opprinnelige ekstremiteten4,5. Disse enhetene anses imidlertid ikke som intuitive, da ønsket protesebevegelse vanligvis er funksjonelt atskilt fra inngangskontrollsignalet. Brukere vanligvis vurdere disse "avanserte proteser" vanskelig å lære og derfor ikke egnet for daglig bruk1,6. I tillegg gir komplekse proteser som for tiden er på markedet, ingen merkbar grad av subtil sensorisk tilbakemelding for tilstrekkelig kontroll. Følelsen av berøring og proprioception er avgjørende for å utføre daglige oppgaver, og uten disse blir enkle handlinger som å plukke opp en kopp kaffe tyngende da den er helt avhengig av visuelle signaler7,8,9. Av disse grunnene er avanserte proteser forbundet med en betydelig grad av mental tretthet og blir ofte beskrevet som tyngende og utilfredsstillende5,10,11. For å løse dette har noen forskningslaboratorier utviklet proteser som er i stand til å gi en begrenset grad av sensorisk tilbakemelding via direkte nevrale interaksjon12,13,14,15, men tilbakemeldinger er ofte begrenset til små, spredte områder på hender og fingre12,13, og opplevelser ble notert å være smertefulle og unaturlige til tider15. Mange av disse studiene mangler dessverre noen merkbar langsiktig oppfølging og nervehistologi for å avgrense lokale vevseffekter, mens de merker grensesnittsvikt på skalaen av uker til måneder16.
For denne populasjonen ville den ideelle proteseenheten gi høy kvalitet motorkontroll sammen med meningsfulle somatosensoriske tilbakemeldinger fra den enkeltes miljø gjennom hele levetiden. Kritisk til utformingen av nevnte ideell protese er utviklingen av et stabilt, pålitelig grensesnitt som ville tillate samtidig overføring av afferent somatosensorisk informasjon med sprudlende motorsignaler. Den mest lovende av dagens menneskelige maskin grensesnitt er de som samhandler med det perifere nervesystemet direkte, og den siste utviklingen innen nevrointegrerte proteser har jobbet mot å bygge bro mellom bioelektriske og mekaniske signaler17. Nåværende grensesnitt benyttes inkluderer: fleksible nerveplater14,15,18, ekstra-neural mansjett elektroder13,19,20,21,22,23, vev penetrerende elektroder24,25,31,32, og intrafascicular elektroder26,27 ,28. Imidlertid har hver av disse metodene vist begrensninger med hensyn til nervespesifisitet, vevsskade, aksonal degenerasjon, myelinuttømming og / eller arrvevdannelse forbundet med kronisk indwelling fremmedlegemerrespons 16,17,18,19. Mer nylig har det blitt postulert at en driver bak eventuell implantert elektrodesvikt er den betydelige forskjellen i Youngs moduli mellom elektronisk materiale og innfødt nevrale vev. Hjernevev er utsatt for betydelig mikrooppbevegelse daglig, og det har blitt teoretisert at skjærstresset forårsaket av forskjeller i Youngs moduli forårsaker betennelse og eventuell permanent arrdannelse30,31,32. Denne effekten er ofte forsterket i ekstremiteter, hvor perifere nerver er gjenstand for både fysiologisk mikromotion og forsettlig ekstremitet makromotion. På grunn av denne konstante bevegelsen er det rimelig å konkludere med at utnyttelse av et helt abiotisk perifert nervegrensesnitt ikke er ideelt, og et grensesnitt med en biologisk komponent ville være mer egnet.
For å løse dette behovet for en biologisk komponent utviklet laboratoriet et biotisk nervegrensesnitt kalt Regenerative Peripheral Nerve Interface (RPNI) for å integrere transponerte perifere nerver i et gjenværende lem med en proteseenhet. RPNI fabrikasjon innebærer kirurgisk implantering av en perifer nerve i en autolog fri muskeltransplantat, som senere revaskumerer og reinnervates. Vårt laboratorium har utviklet dette biologiske nervegrensesnittet det siste tiåret, med suksess i å forsterke og overføre motorsignaler kombinert med implanterte elektroder i både dyre- og menneskelige forsøk, noe som åpner for egnet protesekontroll med flere frihetsgrader2,34. I tillegg har vi separat vist sensorisk tilbakemelding gjennom bruk av perifere nerver innebygd i dermal grafts, kalt Dermal Sensorisk Interface (DSI)3,35. I mer distale amputasjoner er bruk av disse konstruksjonene samtidig mulig, da motor- og sensoriske fascikler i målets perifere nerve kan skilles kirurgisk. Men for mer proksimale amputasjoner er dette ikke mulig på grunn av innløsning av motor- og sensoriske fibre. Kompositt regenerative peripheral nerve interface (C-RPNI) ble utviklet for mer proksimale amputasjoner, og det innebærer å implantere en blandet sensorisk nerve i en konstruksjon bestående av gratis muskeltransplantat sikret til et segment av dermal graft (Figur 1). Perifere nerver viser fortrinnsrett målrettet reinnervation, og dermed sensoriske fibre vil re-innervate dermal graft og motorfibre, muskeltransplantatet. Denne konstruksjonen har dermed muligheten til å samtidig forsterke motorsignaler samtidig som den gir somatosensorisk tilbakemelding36 (Figur 2),noe som gir mulighet for realisering av den ideelle, intuitive, komplekse protesen.

<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 fremskritt i nevroproteser har gjort det mulig for de som lever med ekstremitetstap å reprodusere mange funksjoner som er innfødt til den fraværende ekstremiteten, og dette oppnås ofte gjennom integrasjon med det perifere nervesystemet. Dessverre er metoder som brukes i dag ofte forbundet med betydelig vevsskade som forhindrer langvarig bruk. I tillegg mangler disse enhetene ofte noen meningsfull grad av sensorisk tilbakemelding, da deres komplekse konstruksjon demper eventuelle vibrasjoner eller andre opplevelser en bruker tidligere kan ha vært avhengig av når de bruker enklere proteser. Det sammensatte regenerative perifere nervegrensesnittet (C-RPNI) ble utviklet som en stabil, biologisk konstruksjon med evnen til å forsterke sprudlende motornervesignaler samtidig som det gir samtidig afferent sensorisk tilbakemelding. C-RPNI består av et segment av fri dermal og muskeltransplantat sikret rundt et mål blandet sensorisk nerve, med fortrinnsrett motor nerve reinnervation av muskelgraftet og sensorisk nerve reinnervation av dermal graft. Hos rotter har denne konstruksjonen vist generering av sammensatte muskelhandlingspotensialer (CMAP), som forsterker målnervens signal fra mikro- til milli-volts nivå, med signal til støyforhold i snitt ca. 30-50. Stimulering av dermal komponenten av konstruksjonen genererer sammensatte sensoriske nerve handling potensialer (CSNAPs) på proksimale nerve. Som sådan har denne konstruksjonen lovende fremtidig verktøy mot realisering av den ideelle, intuitive protesen.

Konstruere fabrikasjon anses mislykket hvis rotter utvikler en infeksjon eller ikke overlever kirurgisk anestesi. Tidligere forskning har indikert at disse konstruksjonene krever ca tre måneder å revaskularisere og reinnervate2,3,17,36. Etter tre måneders gjenopprettingsperiode kan konstruksjonstesting forfølges for å undersøke levedyktighet. Kirurgisk eks...

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 for å utvikle et biologisk, lukket loop neural feedback system kalt kompositt regenerative perifere nervegrensesnitt (C-RPNI). Denne konstruksjonen har evnen til å integrere med perifere nerver for å forsterke sprudlende motorsignaler samtidig som den gir afferent sensorisk tilbakemelding.

Fabrikasjon av komposittregenerativt perifert nervegrensesnitt (C-RPNI) hos voksenrotte

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

Vår protokoll er betydelig ved at den tillater samtidig motornervesignalforsterkning sammen med levering av afferent sensorisk nervestimulering gjennom utnyttelsen av et biologisk perifert nervegrensesnitt. Denne teknikken kan gi en livaktig proteseenhet for de med amputasjoner, da C-RPNI tillater samtidig motorkontroll og sensorisk tilbakemelding i samme perifere nervegrensesnitt. Mange av de som lever med amputasjoner forlater avanserte nevroprotetiske enheter fordi enhetene mangler intuitiv kontroll og meningsfull sensorisk tilbakemelding.Denne teknikken gir både og kan forhindre protese enhet oppgivelse. Denne teknikken kan brukes på personer med enten svake eller fraværende lemmer eller sensoriske underskudd som gir ytterligere innsikt i tilbakemeldingssystemer som gir presis og intuitiv ekstremitetskontroll. Utføre kirurgi på perifere nerver er vanskelig som det er liten margin for feil.Bruk av instrumenter av høy kvalitet og trening er ofte de beste måtene å sikre suksess på. Kirurgiske teknikker er utrolig vanskelig å formidle og å lære av et litterært format. Observere hvert trinn involvert i konstruksjonen fabrikasjon er nøkkelen til å mestre metoden.For å forberede et hudtransplantat, etter å ha bekreftet mangel på respons på tåklemmen, bruk salve på øynene til den bedøvede rotten. Bruk clippers, barber hele nedre baklimb, ankelområdet og sidene av poten. Desinfiser den valgte baklimb i potens plantaroverflate med en sekvensiell alkohol-iodopovidonløsning og alkoholrens.Ved hjelp av en håndholdt mikromotor høyhastighets drill med en avtagbar rund fin grus polering stein, burr plantar overflaten av poten for å fjerne epidermis med en hastighet på 4000 omdreininger per minutt påføring dråper saltvann for ikke å brenne huden. Den underliggende dermis vil ha et skinnende utseende med presis blødning. Påfør en turniquet til nedre ekstremitet for å bremse blodstrømmen og bruke en nummer 15 skalpell for å fjerne plantarhuden kraftig.Legg huden i saltvann fuktet gasbind for å forhindre uticcation og påfør en gasbind wrap til blødningsfoten for å bremse blødningen. Plasser huden under et dissekerende mikroskop og bruk mikroscissorer for å fjerne et tendensinøst og bindevev fra det dype laget av hudtransplantatet. Det tynnede dermale transplantatet skal være litt ugjennomsiktig, inneholder bare dermis og måler ca. 0,5 med en centimeter i størrelse.Legg deretter vevet i et nytt stykke saltvann fuktet gasbind til konstruere fabrikasjon. For å forberede en muskel graft, bruk en nummer 15 skalpell for å gjøre et langsgående snitt langs det fremre aspektet av den nedre bakkulb fra like over ankelen til like under kneet. Disseker gjennom det subkutane vevet for å eksponere den underliggende muskulaturen.Ved det distale aspektet av snittet, utsett de tendensinøse innsettingene av nedre lem muskulatur. Tibialis fremre er vanligvis den største og mest fremre av musklene. Like under og bakre til denne muskelen ligger extensor digitorum longus.For å isolere den distale extensor digitorum longus senen fra de andre senene i området, sett inn begge tinder av en tang under senen og åpne tangen for å presse oppadgående trykk for å forårsake seneutflukt. Manipulering av senen bør føre til at alle tærne strekker seg samtidig. Bruk skarp iris saks for å utføre en distal tenotomy og bruke tenomoties å rett ut skille muskelen fra det omkringliggende vevet arbeider proksimalt for å finne den tendensinøse opprinnelsen.Når den proksimale senen kan visualiseres, bruk irissaksen til å utføre en annen tenotomy og legg muskeltransplantaten i en saltvannsfuktet gasbind. For isolasjon og fremstilling av den vanlige peroneale nerven, barber ett lår og desinfiser den eksponerte huden med en sekvensiell alkohol-Betadine-alkoholrens. Plasser den bedøvede rotten på en varmepute under et kirurgisk mikroskop og merk snittet fra bare distal til isjiahakket til den dårligere delen av kneet som er dårligere enn og vinklet bort fra lårbenet.Bruk deretter en nummer 15 skalpell for å gjøre et snitt langs merket gjennom den underliggende biceps femoris fascia. Disseker forsiktig gjennom biceps femoris muskelen til rommet underliggende biceps femoris. Etter identifisering av den vanlige peroneale nerven, bruk mikro fintippede tang og mikroscissorer for å isolere den vanlige peroneale nerven forsiktig fra de andre isjiagrenene.Fjern et hvert dvelende bindevev distally og på det punktet hvor nerven krysser overflaten av kneet, transekterer nerven kraftig med et par mikroscissorer. Deretter frigjør du forsiktig gjenværende bindevev fra den vanlige peroneale nerven og arbeider proksimalt for å frigjøre nerven til en lengde på omtrent to centimeter. Nerver er delikate og mindre feiltrinn kan forårsake varige funksjonelle underskudd.Hyppig praksis, presise kirurgiske instrumenter og ideell håndposisjonering og støtte er nøkkelen til å mestre denne teknikken. For å fremstille C-RPNI-konstruksjonen, plasser muskeltransplantaten under det disseksjonerende mikroskopet og fjern alt det sentrale tendinous vevet, samt et lite sentralt segment av epimysium som forlater de tendensinøse endene intakte. Bruke en 8-0 nylon sutur og to avbrutte masker, sikre epineurium av transected enden av den vanlige peroneal nerve til området av muskel graft blottet for epimysium på hver side av nerven.Fest muskeltransplantaten til lårbenet periosteum med en enkelt 6-0 nylon avbrutt søm både proksimalt og distally med nervemuskelen krysset vendt bort fra lårbenet. Plasser en 8-0 nylon sting på dårligere sentral margin av muskel graft epimysium sikre den til felles peroneal nerve epineurium for å skape slapphet i nerven i muskel graft. Plasser hudtransplantaten på muskeltransplantatet slik at den helt dekker nerven og mesteparten av muskelen med den dype marginen av dermis hviler på muskelen.Trim noen dermis som strekker seg utover grensen av muskelen og bruke 8-0 nylon avbrutt suturer for å omgås huden graft til muskel graft. Lukk biceps femoris fascia over konstruksjonen på en løpende måte med 5-0 kromotisk sutur og lukk den overlying huden med en 4-0 kromotisk sutur i løpende mote. Bytt deretter det kirurgiske området med en alkoholpute og bruk antibiotikasalve før rotten kan gjenopprette med mat og vannkilder atskilt fra burkamerater med overvåking til full recumbency.Hvis vellykket, kirurgisk eksponering av konstruksjonene etter tre måneder vil avsløre re-vaskularisert muskel og hud og mild klemming av den vanlige peroneale nerven med tang proksimal til konstruksjonen vil resultere i synlig muskelsammentrekning. Histologisk analyse bør demonstrere levedyktig hud, nerve og muskel. Immunstaining vil også avsløre motorisk og sensorisk nervereinsolasjon til henholdsvis nevromuskulære veikryss og sensoriske endeorganer.Elektrofysiologiske tester kan utføres på disse konstruksjonene in vivo som demonstrert, for eksempel ved tre og ni måneder etter C-RPNI fabrikasjon. Her, enkelt og summering sammensatte muskel virkning potensialer og sammensatt sensorisk nerve virkning potensialer signaler oppnådd under elektrofysiologiske testing i et grafisk format vises. Suboptimale resultater på muskeltransplantaten indikeres av dempede signaler som mangler den karakteristiske sammensatte muskelhandlingen potensiell bølgeform.Suboptimale resultater på nivået av dermal komponenten innebærer vanligvis demping av bølgeformen med betydelig bakgrunnsstøy. Instrumenter av god kvalitet er avgjørende. Saks bør være skarp og tang bør være fint tippet for å lette en ekstremt presis håndtering av dermal grafts og nerve uten skade.Etter fabrikasjon kan denne metoden benyttes i elektrofysiologiske undersøkelser for å ytterligere karakterisere signalevner som gir mer innsikt i efferent og afferent feedback loops. Selv om C-RPNI gir mulighet for sensorisk tilbakemelding, er det uklart om et lukket sløyfetilbakemeldingssystem for proprioception kan etableres. Vi tar for tiden opp dette spørsmålet 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 the Bio-elektronisk grensesnitt 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

Generering av en Tredimensjonal Full Tykkelse hudekvivalent og Automated såret

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 fabrikasjon av en Elastomeric Enhet for Soft Modular Robots i minimal 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 for Self-integrering av Megamolecular Biopolymere på Tørking Air-LC-grensesnitt

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

Fabrikasjon av ekstracellulære matrise-avledet Skum og Mikrocarriers som Tissue-spesifikke cellekultur og Delivery plattformer

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 ultralyd verktøy for Nerve Conduction blokkere diabetiker 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

Fabrikasjon av Decellularized brusk-avledet Matrix stillaser

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

En Tripeptide-stabilisert Nanoemulsion av oljesyre

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

Fabrikasjon og drift av et kontinuerlig strømnings-, mikroelektroporeringssystem med permeabiliseringsdeteksjon

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