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

Авторы хотели бы поблагодарить Яну Мун за квалифицированную техническую помощь. Исследования, представленные в настоящем документе, финансировались за счет гранта R21NS104584, предоставляемого СК.

Все эксперименты на животных проводятся с одобрения Комитета Мичиганского университета по использованию и уходу за животными.
ПРИМЕЧАНИЕ: Донор крысы имеют свободный доступ к пище и воде до кожи и мышечной процедуры донорства. Эвтаназия проводится под глубокой анестез?...

<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 является новой конструкцией, которая обеспечивает одновременное усиление моторных сигналов нерва-мишени с предоставлением афферентной сенсорной обратной связи. В частности, C-RPNI обладает уникальной полезностью для тех, кто живет с проксимальными ампутациями, так как их двигатель?...

Конечности ампутации затрагивают почти 1 из 190 американцев1, и их распространенность, по прогнозам, возрастет с 1,6 миллиона сегодня до более чем 3,6 миллиона к 2050году 2. Несмотря на документальное использование на протяжении более тысячелетия, идеальный протез еще предстоит реализовать3. В настоящее время существуют сложные протезы, способные к множественным совместным манипуляциям с потенциалом воспроизвести многие двигательные функции родной конечности4,5. Однако эти устройства не считаются интуитивно понятными, так как желаемое движение протезов обычно функционально отделено от сигнала управления входной связи. Пользователи обычно считают эти "продвинутые протезы" трудно узнать и, следовательно, не подходит для повседневного использования1,6. Кроме того, сложные протезы, которые в настоящее время на рынке, не обеспечивают никакой заметной степени тонкой сенсорной обратной связи для адекватного контроля. Чувство осязания и проприоцепции имеют жизненно важное значение для выполнения ежедневных задач, и без этих, простые акты, такие как собирание чашку кофе становятся обременительными, как она полностью полагается на визуальные сигналы7,8,9. По этим причинам, передовые протезы связаны со значительной степенью умственной усталости и часто описываются как обременительные и неудовлетворительные5,10,11. Для решения этой проблемы, некоторые исследовательские лаборатории разработали протезы, способные обеспечить ограниченную степень сенсорной обратной связи через прямое нервное взаимодействие12,13,14,15, но обратная связь часто ограничивается небольшими, разбросанных областях на руках и пальцах12,13, и ощущения были отмечены болезненным и неестественным в разы15. Многие из этих исследований, к сожалению, отсутствие каких-либо заметных долгосрочных последующих и нервной гистологии, чтобы разграничить местные эффекты ткани, отмечая при этом отказ интерфейса в масштабе недель домесяцев 16.
Для этой популяции, идеальное протезное устройство обеспечит высокую точность управления двигателем наряду с значимой соматосенсорной обратной связи от окружающей среды человека на протяжении всей их жизни. Решающее значение для дизайна указанного идеального протеза является разработка стабильного, надежного интерфейса, который позволил бы одновременно передавать афферентную соматосенсорную информацию с эфферентными моторными сигналами. Наиболее перспективными из современных интерфейсов человека и машины являются те, которые взаимодействуют с периферической нервной системой напрямую, и последние разработки в области нейроинтегрированных протезов работали в направлении преодоления разрыва между биоэлектрическими и механическими сигналами17. Текущие интерфейсы используются включают в себя: гибкие нервные пластины14,15,18, вне-нейронных электродов манжеты13,19,20,21,22,23, ткани проникающие электроды24,25,31,32, и интрафасцилярные электроды26,27 ,28. Тем не менее, каждый из этих методов продемонстрировал ограничения в отношении нерва специфичность, повреждение тканей, аксонал дегенерация, истощение миелина, и / или образование рубцовой ткани, связанные с хроническим проживанием инородного тела ответ16,17,18,19. Совсем недавно, было постулировано, что водитель за возможной неудачи имплантированного электрода является значительное различие в модули Янг между электронным материалом и родной нервной ткани. Мозг ткани подлежит значительному микродвижения на ежедневной основе, и было теоретизировано, что сдвига стресс, вызванный различиями в модули молодых вызывает воспаление и в конечном итоге постоянные рубцы30,31,32. Этот эффект часто усугубляется в конечностях, где периферические нервы подвержены как физиологическому микродвижению, так и преднамеренному макродвижению конечностей. Из-за этого постоянного движения, разумно заключить, что использование полностью абиотических периферических нервных интерфейс не является идеальным, и интерфейс с биологическим компонентом будет более подходящим.
Для удовлетворения этой потребности в биологическом компоненте, наша лаборатория разработала интерфейс биотических нервов под управлением регенеративного периферического нервного интерфейса (RPNI) для интеграции трансected периферических нервов в остаточной конечности с протезным устройством. Изготовление RPNI включает хирургически имплантацию периферического нерва в аутологичным свободный мышечный трансплантат, который впоследствии реваскуляризирует и ренервирует. Наша лаборатория разработала этот биологический нервный интерфейс в течение последнего десятилетия, с успехом в усилении и передаче моторных сигналов в сочетании с имплантированными электродами в обоих животных и человеческих испытаний, что позволяет для подходящего протезного контроля с несколькими степенями свободы2,34. Кроме того, мы отдельно продемонстрировали сенсорную обратную связь с помощью периферических нервов, встроенных в кожные трансплантаты, называется дермальный сенсорный интерфейс (DSI)3,35. В более дистальных ампутации, используя эти конструкции одновременно возможно, как двигатель ные и сенсорные фасциклы в пределах целевого периферического нерва могут быть хирургически разделены. Однако, для более проксимальной ампутации уровня, это не представляется возможным из-за смешения моторных и сенсорных волокон. Композитный регенеративный интерфейс периферических нервов (C-RPNI) был разработан для более проксимальных ампутаций, и он включает в себя имплантацию смешанного сенсорного нерва в конструкцию, состоящую из свободного мышечного трансплантата, закрепленного на сегменте дермального трансплантата(рисунок 1). Периферийные нервы демонстрируют преференциальную целевую реиннервацию, таким образом, сенсорные волокна будут повторно иннервировать дермальный трансплантат и моторные волокна, мышечный трансплантат. Эта конструкция, таким образом, имеет возможность одновременно усиливать моторные сигналы, обеспечивая соматосенсорную обратную связь36 (рисунок 2),что позволяет реализовать идеальный, интуитивный, сложный протез.

<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

Последние достижения в нейропротезировании позволили тем, кто живет с потерей конечностей, воспроизвести многие функции, родные отсутствующей конечности, и это часто достигается за счет интеграции с периферической нервной системой. К сожалению, методы, используемые в настоящее время часто связаны со значительным повреждением тканей, что предотвращает длительное использование. Кроме того, эти устройства часто не имеют какой-либо значимой степени сенсорной обратной связи, поскольку их сложная конструкция ослабляет любые вибрации или другие ощущения, от которых пользователь мог ранее зависеть при использовании более простых протезов. Композитный регенеративный интерфейс периферического нерва (C-RPNI) был разработан как стабильная, биологическая конструкция с возможностью усиления эзерентных сигналов нерва двигателя, обеспечивая при этом одновременную афферентную сенсорную обратную связь. C-RPNI состоит из сегмента свободного кожного и мышечного трансплантата, обеспеченного вокруг целевого смешанного сенсорного нерва, с преференциальным реиннервацией моторного нерва мышечного трансплантата и рененервации дермального трансплантата. У крыс эта конструкция продемонстрировала генерацию сложных потенциалов мышечного действия (CMAPs), усиливая сигнал целевого нерва от уровня микро- до милливольта, с соотношением сигнала к шуму в среднем около 30-50. Стимуляция кожного компонента конструкции генерирует сложные сенсорные нервные потенциалы (CSNAPs) на проксимальном нерве. Таким образом, эта конструкция имеет многообещающую будущую полезность для реализации идеального, интуитивно понятного протеза.

Конструкция изготовления считается неудачным, если крысы развивают инфекцию или не выжить хирургической анестезии. Предыдущие исследования показали, что эти конструкции требуют примерно трех месяцев, чтобы реваскуляризировать и ренервировать2,<sup...

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

Следующая рукопись описывает новый метод для разработки биологической, замкнутой системы нейронной обратной связи петли называется композитных регенеративных периферийных нервных интерфейс (C-RPNI). Эта конструкция имеет возможность интегрироваться с периферическими нервами, чтобы усилить эфференцировать моторные сигналы, одновременно обеспечивая афферентную сенсорную обратную связь.

Изготовление композитного регенеративного интерфейса периферических нервов (C-RPNI) во взрослой крысе

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

Наш протокол имеет важное значение в том, что он позволяет одновременное усиление моторного нервного сигнала наряду с предоставлением афферентной сенсорной стимуляции нерва за счет использования биологического периферического нерва интерфейса. Этот метод может обеспечить жизнь, как протезное устройство для тех, кто с ампутациями, как C-RPNI позволяет одновременного управления двигателем и сенсорной обратной связи в рамках того же периферического интерфейса нерва. Многие из тех, кто живет с ампутациями отказаться от передовых нейропротестных устройств, потому что устройства не имеют интуитивного контроля и значимой сенсорной обратной связи.Этот метод обеспечивает как и может предотвратить отказ от протезного устройства. Этот метод может быть применен к лицам со слабыми или отсутствующими конечностями или сенсорными дефицитами, обеспечивающими дальнейшее понимание систем обратной связи, которые обеспечивают точный и интуитивно понятный контроль конечностей. Выполнение операции на периферических нервах трудно, как мало поля для ошибок.Использование высококачественных инструментов и практика часто являются лучшими способами обеспечения успеха. Хирургические методы невероятно трудно передать и извлечь уроки из литературного формата. Наблюдение за каждым шагом, участвующим в изготовлении конструкции, является ключом к освоению метода.Чтобы подготовить пересадку кожи, подтвердив отсутствие реакции на щепотку ноца, нанесите мазь на глаза обезболивающей крысы. Используя клиперы, побрить всю нижнюю заднюю часть, область лодыжки и стороны лапы. Дезинфицировать выбранную заднюю часть подошвы лапы последовательным спирто-иодоповидоновым раствором и очистить спиртом.Используя портативный микромотор высокоскоростной дрель со съемным круглым мелким песок полировки камня, заусенцев подошвеной поверхности лапы, чтобы удалить эпидермис со скоростью 4000 оборотов в минуту применения капель солевого раствора, чтобы не сжигать кожу. Основная дерма будет иметь блестящий вид с точечным кровотечением. Нанесите турникет на нижнюю конечность, чтобы замедлить кровоток и использовать число 15 скальпель резко удалить подошвеную кожу.Поместите кожу в солевой увлажненной марли, чтобы предотвратить высыхание и применить марлевую пленку к кровоточащей ноге, чтобы замедлить кровоизлияние. Поместите кожу под рассечение микроскопа и используйте микросхемы для удаления любых тенденциозных и соединительной ткани из глубокого слоя пересадки кожи. Истонченный кожный трансплантат должен быть слегка непрозрачным, содержать только дерму и измерять размером примерно 0,5 на один сантиметр.Затем поместите ткань в новый кусок солевой раствор увлажненной марли до построения изготовления. Чтобы подготовить мышечный трансплантат, используйте число 15 скальпель, чтобы сделать продольный разрез вдоль переднего аспекта нижней задней от чуть выше лодыжки чуть ниже колена. Вскрыть через подкожной ткани подвергать основной мускулатуры.При дистальной стороне разреза обнажайте тенденциозные вставки мускулатуры нижних конечностей. Передняя часть голени, как правило, самый большой и самый передний из мышц. Просто внизу и задней к этой мышце лежит extensor digitorum longus.Чтобы изолировать дистальный дистотор digitorum longus сухожилия от других сухожилий в области, вставить как пальцев типсов под сухожилием и открыть миппы, чтобы exsert вверх давление, чтобы вызвать сухожилия экскурсии. Манипуляция сухожилием должна привести к одновременному расширению всех ног. Используйте острые ножницы радужной оболочки глаза для выполнения дистальной тенотомии и использовать теномоты, чтобы прямо отделить мышцы от окружающих тканей, работающих проксимально, чтобы найти тенденциозное происхождение.После проксимального сухожилия могут быть визуализированы, использовать ножницы радужной оболочки глаза для выполнения второй тенотомии и место мышечной трансплантата в солевой увлажненной марли. Для изоляции и подготовки общего перонеального нерва, бритье одного бедра и дезинфицировать открытые кожи с последовательным алкоголем-бетадин-алкоголь очистить. Поместите анестезированную крысу на грелку под хирургическим микроскопом и отметьте разрез от просто дистального до седалищного выемки до нижней части колена, уступаемой и под углом от бедренной кости.Затем используйте номер 15 скальпель, чтобы сделать разрез вдоль знака через основные бицепсы феморис фасции. Тщательно вскрыть через мышцы бицепса бедренной кости в пространство, лежащее в основе бицепса беморис. После выявления общего перонеального нерва, используйте микро тонкой наконечником типсов и микросхем, чтобы тщательно изолировать общий перонеальный нерв от других седалищных ветвей.Удалить любые затяжные соединительной ткани distally и в точке, в которой нерв пересекает поверхность колена, резко трансект нерва с парой микросхем. Затем тщательно освободите любую оставшуюся соединительной ткани от общего перонеального нерва и работайте проксимально, чтобы освободить нерв длиной около двух сантиметров. Нервы деликатны и незначительные ошибки могут вызвать длительный функциональный дефицит.Частая практика, точные хирургические инструменты, и идеальное позиционирование рук и поддержка являются ключом к освоению этой техники. Чтобы изготовить конструкцию C-RPNI, поместите мышечный трансплантат под рассечение микроскопа и удалите все центральные тенденциозные ткани, а также небольшой центральный сегмент эпимизия, оставляя тенденциозные концы нетронутыми. Использование 8-0 нейлоновый шов и два прерванных стежка, обеспечить эпиневий трансектного конца общего перонеального нерва в области мышечного трансплантата лишен эпимизия по обе стороны нерва.Безопасные мышечного трансплантата к бедренной кости periosteum с одним 6-0 нейлон прервал стежка как проксимально и distally с нервной мышцы соединения, стоящие от бедренной кости. Место 8-0 нейлоновый стежок на нижней центральной маржи эпимизия мышечного трансплантата обеспечения его общей перонеальной эпиневризм нерва, с тем чтобы создать расхлябанность в нерве в мышечной трансплантата. Позиция пересадки кожи на мышечной трансплантат так, что она полностью покрывает нерв и большую часть мышцы с глубоким запасом дермы опираясь на мышцы.Обрезать любой дермы, которая выходит за пределы границы мышцы и использовать 8-0 нейлон прервал швы, чтобы косвенно обеспечить пересадку кожи мышечной трансплантации. Закройте бицепсы бедренной фасции над конструкцией в бегущей моды с 5-0 хромамический шов и закрыть чрезмерной кожи с 4-0 хроматический шов в беге моды. Затем поменять хирургической области с алкоголем площадку и применять антибиотик мазь, прежде чем позволить крысе восстановить с пищей и водой источников отдельно от клетки товарищей с мониторингом до полного лежачих.В случае успеха, хирургическое воздействие конструкций через три месяца покажет повторно васкуляризированных мышц и кожи и нежное сжатие общего перонеального нерва с силами проксимальной конструкции приведет к видимым сокращения мышц. Гистологический анализ должен продемонстрировать жизнеспособную кожу, нервы и мышцы. Иммуностеление также покажет двигатель и сенсорный нерв повторной иннервации их нервно-мышечных соединений и органов сенсорного конца соответственно.Электрофизиологические испытания могут быть выполнены на этих конструкциях in vivo, как попродемонстрировано, например, через три и девять месяцев после изготовления C-RPNI. Здесь показаны одиночные и суммирование сложных потенциалов действия мышц и соединения сенсорных нервных потенциалов действия сигналов, полученных во время электрофизиологических испытаний в графическом формате. Неоптимальные результаты при мышечном трансплантате указываются на затуханные сигналы, которые не имеют характерного соединения мышечного действия потенциальной формы волны.Неоптимальные результаты на уровне дермального компонента обычно включают увлажнение формы волны со значительным фоновым шумом. Инструменты хорошего качества имеют жизненно важное значение. Ножницы должны быть острыми и типсы должны быть хорошо наконечником для облегчения чрезвычайно точной обработки кожных трансплантатов и нерва без повреждений.После изготовления, этот метод может быть использован в электрофизиологических исследованиях для дальнейшей характеристики сигнальных возможностей, обеспечивающих более глубокое понимание эфферентных и афферентных циклов обратной связи. Хотя C-RPNI позволяет сенсорную обратную связь, неясно, является ли замкнутый цикл системы обратной связи для проприоцепции может быть создана. В настоящее время мы будем рассматривать этот вопрос в лаборатории.

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

Изготовление Электрохимические ДНК-биосенсоры для Безреагентная Обнаружение нуклеиновых кислот, белков и малых молекул

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

Преодоление Био-Электронный интерфейс с 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

Генерация трехмерной всю толщину кожи Эквивалент техники и автоматизированных Ранение

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

Дизайн и изготовление из группы эластомерных для мягкой модульных роботов в минимально инвазивной хирургии

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

Методы самостоятельной интеграции Megamolecular биополимеров на сушильный воздух-LC интерфейс

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

Изготовление внеклеточного матрикса, производных Пены и микроносителями как Тканеспецифическая культуре клеток и платформ доставки

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

В модели диабетической крысы блока ультразвуковой инструмент для нервной проводимости

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

Изготовление подмостей Decellularized хряща производные матрица

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

Трипептид стабилизированный Nanoemulsion олеиновой кислоты

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

Изготовление и эксплуатация системы микроэлектропорации непрерывного потока с обнаружением пермеабилизации

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