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

Författarna vill tacka Jana Moon för expert teknisk hjälp. Studier som presenteras i denna uppsats finansierades genom ett R21 (R21NS104584) bidrag till SK.

Alla djurförsök utförs under godkännande av University of Michigans kommitté för användning och vård av djur.
OBS: Donatorråttor får fri tillgång till mat och vatten före hud- och muskeldonation. Dödshjälp utförs under djup anestesi följt av kaliumkloridinjektion inom hjärt och hjärt med en sekundär metod för bilaterala pneumothorax. Varje stam av råtta kan teoretiskt utnyttjas med detta experiment; Emellertid, vårt laboratorium har uppnått konsekventa resultat i både m...

<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 är en ny konstruktion som ger samtidig förstärkning av ett mål nerv motor brusande signaler med tillhandahållande av afferent sensorisk feedback. I synnerhet har C-RPNI unikt nytta för dem som lever med proximala amputationer som deras motor och sensoriska fascicles kan inte lätt mekaniskt separeras under kirurgi. Istället använder C-RPNI de inneboende förmånsförrättningar av nerven själv för att uppmuntra sensorisk fiber reinnervation att dermal sensoriska slutorgan och motorfibrer till neuromuskul...

Extremitetamputationer påverkar nästan 1 av 190 amerikaner1, och deras prevalens beräknas öka från 1,6 miljoner idag till över 3,6 miljoner 20502. Trots dokumenterad användning i över ett årtusende, har den idealiska protesen ännu inte realiserats3. För närvarande finns det komplexa proteser som kan flera gemensamma manipulationer med potential att reproducera många motoriska funktioner i den inhemska änden4,5. Dessa enheter anses dock inte intuitiva eftersom önskad protesrörelse vanligtvis är funktionellt skild från ingångskontrollsignalen. Användare anser vanligtvis dessa "avancerade proteser" svårt att lära sig och därför inte lämpar sig för dagligt bruk1,6. Dessutom ger komplexa proteser som för närvarande finns på marknaden inte någon märkbar grad av subtil sensorisk feedback för adekvat kontroll. Känslan av beröring och proprioception är avgörande för att utföra dagliga uppgifter, och utan dessa, enkla handlingar som att plocka upp en kopp kaffe blir betungande eftersom det är helt beroende av visuella ledtrådar7,8,9. Av dessa skäl är avancerade proteser förknippade med en betydande grad av mental trötthet och beskrivs ofta som betungande och otillfredsställande5,10,11. För att ta itu med detta har vissa forskningslaboratorier utvecklat proteser som kan ge en begränsad grad av sensorisk feedback via direkt neural interaktion12,13,14,15, men feedback är ofta begränsad till små, spridda områden på händer och fingrar12,13, och förnimmelser noterades vara smärtsamma och onaturliga ibland15. Många av dessa studier saknar tyvärr någon märkbar långsiktig uppföljning och nerv histologi att avgränsa lokala vävnadseffekter, samtidigt som man konstaterar gränssnitt misslyckande på omfattningen av veckor till månader16.
För denna population skulle den idealiska protesenheten ge hög trohet motorisk kontroll tillsammans meningsfull somatosensory feedback från individens miljö under hela sin livstid. Avgörande för utformningen av nämnda idealprotes är utvecklingen av ett stabilt, tillförlitligt gränssnitt som skulle möjliggöra samtidig överföring av afferent somatosensorisk information med brusande motorsignaler. Den mest lovande av nuvarande människa-maskin gränssnitt är de som interagerar med det perifera nervsystemet direkt, och den senaste utvecklingen inom neuro-integrerade proteser har arbetat för att överbrygga klyftan mellan bioelektriska och mekaniska signaler17. Strömgränssnitt som används inkluderar: flexibla nervplattor14,15,18,extra neuralmanschettelektroder13,19,20,21,22,23, vävnad genomträngande elektroder24,25,31,32, och intrafasicular elektroder26,27 ,28. Var och en av dessa metoder har dock visat begränsningar när det gäller nervspecificitet, vävnadsskada, axonal degeneration, myelin utarmning och/eller ärrvävnadsbildning i samband med kronisk indwelling främmande kroppssvar16,17,18,19. På senare tid har det varit insatt att en förare bakom eventuella implanterade elektrodfel är den betydande skillnaden i Youngs moduli mellan elektroniskt material och inföding neural vävnad. Hjärnvävnad är föremål för betydande mikrorörelse dagligen, och det har teoretiserats att skjuvning stress framkallas av skillnader i Youngs moduli orsakar inflammation och eventuellpermanent ärrbildning30,31,32. Denna effekt förvärras ofta i extremiteterna, där perifera nerver är föremål för både fysiologisk mikrorörelse och avsiktlig extremitet makrorörelse. På grund av denna ständiga rörelse är det rimligt att dra slutsatsen att utnyttjandet av ett helt abiotiska perifert nervgränssnitt inte är idealiskt, och ett gränssnitt med en biologisk komponent skulle vara lämpligare.
För att ta itu med detta behov av en biologisk komponent utvecklade vårt laboratorium ett biotiska nervgränssnitt som kallas Regenerativ peripheral nerve interface (RPNI) för att integrera transected perifera nerver i en kvarvarande lem med en protesenhet. RPNI tillverkning innebär kirurgiskt implantera en perifer nerv i en autolog fri muskel transplantat, som därefter revascularizes och reinnervates. Vårt labb har utvecklat detta biologiska nervgränssnitt under det senaste decenniet, med framgång i att förstärka och överföra motoriska signaler i kombination med implanterade elektroder i både djur- och mänskliga försök, vilket möjliggör lämplig proteskontroll med flera frihetsgrader2,34. Dessutom har vi separat visat sensorisk feedback genom användning av perifera nerver inbäddade i dermal ympkvistar, kallas Dermal Sensorisk Interface (DSI)3,35. I mer distala amputationer, med hjälp av dessa konstruktioner samtidigt är möjligt som motor och sensoriska fascicles inom målet perifera nerv kan kirurgiskt separeras. Men för mer proximala nivå amputationer, Detta är inte möjligt på grund av sammanblandning av motor och sensoriska fibrer. Composite Regenerativ Peripheral Nerve Interface (C-RPNI) utvecklades för mer proximala amputationer, och det innebär att implantera en blandad sensorimotorisk nerv i en konstruktion bestående av fritt muskeltransplantat säkrat till ett segment av dermal graft(figur 1). Perifera nerver visar förmånliga riktade reinnervation, alltså sensoriska fibrer kommer åter innervat dermal moderplantor och motorfibrer, muskeltransplantat. Denna konstruktion har således förmågan att samtidigt förstärka motoriska signaler samtidigt som somatosensory feedback36 (Figur 2), möjliggör förverkligandet av den ideala, intuitiva, komplexa 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

Senaste framsteg i neuroprotetik har gjort det möjligt för dem som lever med extremitetförlust att reproducera många funktioner hemma i den frånvarande änden, och detta sker ofta genom integration med det perifera nervsystemet. Tyvärr är metoder som för närvarande används ofta förknippade med betydande vävnadsskador som förhindrar långvarig användning. Dessutom saknar dessa enheter ofta någon meningsfull grad av sensorisk feedback eftersom deras komplexa konstruktion dämpar eventuella vibrationer eller andra förnimmelser som en användare tidigare kan ha varit beroende av när du använder enklare proteser. Det sammansatta regenerativa perifera nervgränssnittet (C-RPNI) utvecklades som en stabil, biologisk konstruktion med förmågan att förstärka brusande nervsignaler med motorn samtidigt som den gav samtidig afferent sensorisk feedback. C-RPNI består av ett segment av fritt dermal och muskeltransplantat säkrat runt ett mål blandad sensorimotorisk nerv, med förmånstagare motor nerv reinnervation av muskeltransplantat och sensorisk nerv reinnervation av dermal graft. Hos råttor har denna konstruktion visat generering av sammansatta muskelverkan potentiella randen (CMAPs), förstärka målet nervens signal från mikro-till milli-volt nivå, med signal till buller nyckeltal i genomsnitt cirka 30-50. Stimulering av dermal komponenten i konstruktionen genererar sammansatta sensoriska nerv åtgärder potentialer (CSNAPs) vid proximala nerv. Som sådan har denna konstruktion lovande framtida nytta mot förverkligandet av den ideala, intuitiva protesen.

Konstruera tillverkning anses misslyckas om råttor utveckla en infektion eller inte överlever kirurgiskanestesi. Tidigare forskning har visat att dessa konstruktioner kräver cirka tre månader för att revascularize och reinnervate2,3,17,36. Efter återhämtningsperioden på tre månader kan konstruktionstester utföras för att undersöka lönsamheten. Kirur...

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

Följande manuskript beskriver en ny metod för att utveckla ett biologiskt, slutet kretscellsneuralåterkopplingssystem som kallas det sammansatta regenerativa perifera nervgränssnittet (C-RPNI). Denna konstruktion har förmågan att integrera med perifera nerver för att förstärka brusande motorsignaler samtidigt som den ger afferent sensorisk feedback.

Tillverkning av composite regenerativ perifert nervgränssnitt (C-RPNI) i vuxen rat

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

Vårt protokoll är betydande i att det möjliggör samtidiga motor nerv signal förstärkning tillsammans med tillhandahållande av afferent sensorisk nerv stimulering genom utnyttjande av en biologisk perifera nerv gränssnitt. Denna teknik kan ge en livsliknande protesanordning för dem med amputationer som C-RPNI tillåter samtidig motorisk kontroll och sensorisk feedback inom samma perifera nervgränssnitt. Många av dem som lever med amputationer överger avancerade neuroprotentiska enheter eftersom enheterna saknar intuitiv kontroll och meningsfull sensorisk feedback.Denna teknik ger både och kan förhindra protesanordning nedläggning. Denna teknik skulle kunna tillämpas på individer med antingen svaga eller frånvarande lemmar eller sensoriska underskott ger ytterligare insikt i feedback system som ger exakt och intuitiva extremitetskontroll. Att utföra kirurgi på perifera nerver är svårt eftersom det finns liten felmarginal.Att använda instrument av hög kvalitet och öva ofta är de bästa sätten att säkerställa framgång. Kirurgiska tekniker är otroligt svåra att förmedla och att lära av ett litterärt format. Observera varje steg som deltar i konstruktionen tillverkning är nyckeln till att behärska metoden.För att förbereda en hudtransplantation, efter att ha bekräftat en brist på svar på tå nypa, applicera salva på ögonen på den sövda råttan. Använda clippers, raka hela nedre bakben, ankelregionen och sidorna av tassen. Desinficera den valda hindlimb i plantar ytan av tassen med en sekventiell alkohol-iodopovidone lösning och alkohol rengöra.Med hjälp av en handhållen mikromotor höghastighetsborr med en avtagbar rund fin grit polering sten, burr plantar ytan av tassen för att ta bort epidermis med en hastighet av 4, 000 varv per minut tillämpa droppar saltlösning för att inte bränna huden. Den underliggande dermis kommer att ha en glänsande utseende med precisera blödning. Applicera en tourniquet till den nedre extremiteten för att bromsa blodflödet och använd ett nummer 15 skalpell för att skarpt ta bort plantar huden.Placera huden i saltlösning fuktad gasbinda för att förhindra uttorkning och tillämpa en gasväv wrap till blödande foten till långsam blödning. Placera huden under ett dissekerande mikroskop och använd mikroscissorer för att avlägsna eventuell tendinös och bindväv från det djupa lagret av hudtransplantatet. Det förtunnade dermaltransplantatet ska vara något ogenomskinligt, innehålla endast dermis och mäta ungefär 0,5 med en centimeters storlek.Placera sedan vävnaden i en ny bit saltlösning fuktad gasväv tills konstruktion tillverkning. För att förbereda en muskeltransplantat, använd ett antal 15 skalpell för att göra en längsgående snitt längs den främre aspekten av den nedre hindlimb från strax ovanför fotleden till strax under knäet. Dissekera genom den subkutana vävnaden för att exponera den underliggande muskulaturen.Vid den distala aspekten av snittet, exponera tendinous infogningar av den nedre delen muskulatur. Den tibialis främre är typiskt den största och mest främre av musklerna. Strax under och posterior till denna muskel ligger extensor digitorum longus.För att isolera den distala extensor digitorum longus senan från de andra senor i området, sätt in båda tines av en tlyckor under senan och öppna tlyckorna för att exserta uppåttryck för att orsaka sena utflykt. Manipulation av senan bör orsaka alla tårna att förlänga samtidig. Använd skarpa iris sax för att utföra en distala tenotomy och använda tenomoties att rakt på sak separera muskeln från den omgivande vävnaden arbetar proximally att hitta den tendinous ursprung.När den proximala senan kan visualiseras, använd iris sax för att utföra en andra tenotomy och placera muskeltransplantatet i en saltlösning fuktad gasväv. För isolering och beredning av den gemensamma peroneal nerv, raka ett lår och desinficera den exponerade huden med en sekventiell alkohol-Betadine-alkohol rengöra. Placera den sövda råttan på en värmedyna under ett kirurgiskt mikroskop och markera snittet från bara distala till ischiasskåran till den underlägsna delen av knäet sämre än och vinklade bort från lårbenet.Använd sedan ett nummer 15 skalpell för att göra ett snitt längs märket genom den underliggande biceps femoris fascia. Dissekera noggrant genom biceps femoris muskeln till det utrymme som ligger bakom biceps femoris. Efter identifiering av den gemensamma peroneal nerv, använd mikro böter-tippade tlyktor och microscissors att noggrant isolera den gemensamma peroneal nerv från de andra sciatic grenar.Ta bort eventuella kvardröjande bindväv distalt och vid den punkt där nerven korsar ytan av knäet, skarpt transect nerven med ett par microscissors. Sedan försiktigt befria eventuella kvarvarande bindväv från den gemensamma peroneal nerv och arbeta proximally att frigöra nerven till en längd av cirka två centimeter. Nerver är känsliga och mindre felsteg kan orsaka bestående funktionella underskott.Frekvent övning, exakta kirurgiska instrument, och ideal hand positionering och stöd är nyckeln till att behärska denna teknik. För att fabricera C-RPNI konstruera, placera muskeltransplantat under dissekera mikroskop och ta bort alla centrala tendinous vävnad samt en liten central segment av epimysium lämnar tendinous ändarna intakt. Använda en 8-0 nylon sutur och två avbrutna stygn, säkra epineurium av transected slutet av den gemensamma peroneal nerv till området för muskeltransplantat saknar epimysium på vardera sidan av nerven.Säkra muskeltransplantatet till lårbenets benhinna med en enda 6-0 nylon avbruten sy både proximalt och distally med nervmuskeln korsningen vänd bort från lårbenet. Placera en 8-0 nylonsöm vid sämre centrala marginalen av muskeltransplantatet epimysium säkra den till den gemensamma peroneal nerv epineurium så att skapa slapphet i nerven inom muskeltransplantatet. Placera hudtransplantatet på muskeltransplantatet så att det helt täcker nerven och majoriteten av muskeln med den djupa marginalen av dermis vilar på muskeln.Trimma eventuella dermis som sträcker sig bortom gränsen av muskeln och använda 8-0 nylon avbrutna suturer för att cirkumferentially säkra hudtransplantatet till muskeltransplantatet. Stäng biceps femoris fascia över konstruktionen i en löpande mode med 5-0 kroma sutur och stänga överlydande huden med en 4-0 kroma sutur i löpande mode. Byt sedan det kirurgiska området med en alkoholdyna och applicera antibiotikasalva innan råttan kan återhämta sig med mat och vattenkällor som är åtskilda från burkompisar med övervakning tills full recumbency.Om det lyckas, kirurgisk exponering av konstruktionerna efter tre månader kommer att avslöja åter kärliserade muskler och hud och mild klämma av den gemensamma peroneal nerv med tlyck proximala till konstruktionen kommer att resultera i synliga muskelkontraktion. Histologisk analys bör visa livskraftig hud, nerv, och muskel. Immunfärgning kommer också att avslöja motoriska och sensoriska nerv åter innervation till deras neuromuskulära korsningar och sensoriska slutet organ respektive.Electrophysiologic testning kan utföras på dessa konstruktioner in vivo som visats, till exempel vid tre och nio månader efter C-RPNI tillverkning. Här, enda och summering sammansatta muskel åtgärder potentialer och sammansatta sensorisk nerv åtgärder potentials signaler som erhållits under elektrophysiologic testning i ett grafiskt format visas. Suboptimala resultat vid muskeltransplantatet indikeras av försvagade signaler som saknar den karakteristiska sammansatta muskeln åtgärder potentiella vågform.Suboptimala resultat på nivån för den dermala komponenten innebär vanligtvis dämpning av vågformen med betydande bakgrundsljud. Instrument av god kvalitet är livsviktiga. Sax ska vara vassa och tärna ska vara fina tippade för att underlätta en extremt exakt hantering av de dermala transplantaten och nerven utan skador.Efter fabricering, denna metod kan utnyttjas i elektrofysiologiska undersökningar för att ytterligare karakterisera signalering kapacitet ger mer insikt i efferent och afferent återkoppling slingor. Även om C-RPNI möjliggör sensorisk feedback, är det oklart om ett sluten loop feedback system för proprioception kan fastställas. Vi tar just nu itu med den här frågan i labbet.

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

Tillverkning av elektrokemiska-DNA biosensorer för att Reagentless Upptäckt av nukleinsyror, proteiner och små molekyler

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

Att överbrygga Bio-elektroniska gränssnittet mot 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 ett tredimensionellt Full Tjocklek hudekvivalent och automatiserade sårar

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

Konstruktion och tillverkning av en elastomer Enheten för mjuka Modular Robotar i minimalinvasiv 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 för själv integrationen av Megamolecular Biopolymerer på torkluft LC-gränssnitt

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

Tillverkning av extracellulär matrix-härledda Skum och Mikrobärare som Vävnadsspecifik Cellodling och 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

Ett ultraljud verktyg för nerv överledning blockera i diabetiker råtta 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

Tillverkning av cell-lösa brosk-derived Matrix ställningar

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 tripeptid-stabiliserad Nanoemulsion oljesyra

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

Tillverkning och drift av ett kontinuerligt flöde, mikroelektroporationssystem med permeabiliseringsdetektering

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