Name: preparation of peripheral nerve stimulation electrodes for chronic implantation in rats
Uploaded: 2020-07-14T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Preparation of Peripheral Nerve Stimulation Electrodes for Chronic Implantation in Rats at JoVE.com

Dit werk werd gefinancierd door de Universiteit van Texas in Dallas en de UT Board of Regents. Wij danken Solomon Golding, Bilaal Hassan, Marghi Jani en Ching-Tzu Tseng voor technische bijstand.

Alle in dit protocol beschreven procedures worden uitgevoerd in overeenstemming met de NIH Guide for the Care and Use of Laboratory Animals en zijn goedgekeurd door het Institutional Animal Care and Use Committee van de University of Texas in Dallas.
1. Stimulerende manchetelektatieffabricage
<ol><li>Bereid de manchetslang voor.<ol>
<li>Snijd met een scheermesje een stuk polymeerbuizen van 2,5 mm lang. Steek tang tips of een paperclip door de slang en gebruik het blad om een spleet in de len...

<ol>
	<li>Koopman, F. 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=Vagus+nerve+stimulation+inhibits+cytokine+production+and+attenuates+disease+severity+in+rheumatoid+arthritis.">Vagus nerve stimulation inhibits cytokine production and attenuates disease severity in rheumatoid arthritis.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. , (2016).</li><li>Levine, Y. 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=Neurostimulation+of+the+cholinergic+anti-inflammatory+pathway+ameliorates+disease+in+rat+collagen-induced+arthritis.">Neurostimulation of the cholinergic anti-inflammatory pathway ameliorates disease in rat collagen-induced arthritis.</a> PLoS One. , (2014).</li><li>Zhang, Y., 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+vagus+nerve+stimulation+improves+autonomic+control+and+attenuates+systemic+inflammation+and+heart+failure+progression+in+a+canine+high-rate+pacing+model.">Chronic vagus nerve stimulation improves autonomic control and attenuates systemic inflammation and heart failure progression in a canine high-rate pacing model.</a> Circulation: Heart Failure. , (2009).</li><li>Ganzer, P. D., 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=Closed-loop+neuromodulation+restores+network+connectivity+and+motor+control+after+spinal+cord+injury.">Closed-loop neuromodulation restores network connectivity and motor control after spinal cord injury.</a> Elife. , (2018).</li><li>Hays, S. 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=Vagus+nerve+stimulation+during+rehabilitative+training+enhances+recovery+of+forelimb+function+after+ischemic+stroke+in+aged+rats.">Vagus nerve stimulation during rehabilitative training enhances recovery of forelimb function after ischemic stroke in aged rats.</a> Neurobiology of Aging. , (2016).</li><li>Khodaparast, N., 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=Vagus+nerve+stimulation+delivered+during+motor+rehabilitation+improves+recovery+in+a+rat+model+of+stroke.">Vagus nerve stimulation delivered during motor rehabilitation improves recovery in a rat model of stroke.</a> Neurorehabilitation and Neural Repair. , (2014).</li><li>Meyers, E. 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=Vagus+nerve+stimulation+enhances+stable+plasticity+and+generalization+of+stroke+recovery.">Vagus nerve stimulation enhances stable plasticity and generalization of stroke recovery.</a> Stroke. , (2018).</li><li>Hays, S. 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=Vagus+nerve+stimulation+during+rehabilitative+training+improves+functional+recovery+after+intracerebral+hemorrhage.">Vagus nerve stimulation during rehabilitative training improves functional recovery after intracerebral hemorrhage.</a> Stroke. , (2014).</li><li>Farrand, 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=Vagus+nerve+stimulation+improves+locomotion+and+neuronal+populations+in+a+model+of+Parkinson's+disease.">Vagus nerve stimulation improves locomotion and neuronal populations in a model of Parkinson's disease.</a> Brain Stimulationation. , (2017).</li><li>Souza, R. R., 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=Vagus+nerve+stimulation+reverses+the+extinction+impairments+in+a+model+of+PTSD+with+prolonged+and+repeated+trauma.">Vagus nerve stimulation reverses the extinction impairments in a model of PTSD with prolonged and repeated trauma.</a> Stress. , (2019).</li><li>Noble, L. J., Souza, R. R., McIntyre, C. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vagus+nerve+stimulation+as+a+tool+for+enhancing+extinction+in+exposure-based+therapies.">Vagus nerve stimulation as a tool for enhancing extinction in exposure-based therapies.</a> Psychopharmacology. , (2019).</li><li>Childs, J. E., Kim, S., Driskill, C. M., Hsiu, E., Kroener, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vagus+nerve+stimulation+during+extinction+learning+reduces+conditioned+place+preference+and+context-induced+reinstatement+of+cocaine+seeking.">Vagus nerve stimulation during extinction learning reduces conditioned place preference and context-induced reinstatement of cocaine seeking.</a> Brain Stimulationation. , (2019).</li><li>Pe&#241;a, D. F., Engineer, N. D., McIntyre, C. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+remission+of+conditioned+fear+expression+with+extinction+training+paired+with+vagus+nerve+stimulation.">Rapid remission of conditioned fear expression with extinction training paired with vagus nerve stimulation.</a> Biological Psychiatry. , (2013).</li><li>Childs, J. E., DeLeon, J., Nickel, E., Kroener, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vagus+nerve+stimulation+reduces+cocaine+seeking+and+alters+plasticity+in+the+extinction+network.">Vagus nerve stimulation reduces cocaine seeking and alters plasticity in the extinction network.</a> Learning &amp; Memory. , (2017).</li><li>Engineer, C. 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=Temporal+plasticity+in+auditory+cortex+improves+neural+discrimination+of+speech+sounds.">Temporal plasticity in auditory cortex improves neural discrimination of speech sounds.</a> Brain Stimulationation. , (2017).</li><li>Rios, 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=Protocol+for+Construction+of+Rat+Nerve+Stimulation+Cuff+Electrodes.">Protocol for Construction of Rat Nerve Stimulation Cuff Electrodes.</a> Methods Protoc. , (2019).</li><li>Childs, J. E., 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=Vagus+nerve+stimulation+as+a+tool+to+induce+plasticity+in+pathways+relevant+for+extinction+learning.">Vagus nerve stimulation as a tool to induce plasticity in pathways relevant for extinction learning.</a> Journal of Visualized Experiments. , (2015).</li><li>Paintal, A. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vagal+sensory+receptors+and+their+reflex+effects.">Vagal sensory receptors and their reflex effects.</a> Physiological reviews. , (1973).</li><li>Porter, B. 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=Repeatedly+Pairing+Vagus+Nerve+Stimulation+with+a+Movement+Reorganizes+Primary+Motor+Cortex.">Repeatedly Pairing Vagus Nerve Stimulation with a Movement Reorganizes Primary Motor Cortex.</a> Cerebral Cortex. 22, 2365-2374 (2011).</li><li>Morrison, R. 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=Vagus+nerve+stimulation+intensity+influences+motor+cortex+plasticity.">Vagus nerve stimulation intensity influences motor cortex plasticity.</a> Brain Stimulationation. , (2018).</li><li>Hulsey, D. R., 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=Norepinephrine+and+serotonin+are+required+for+vagus+nerve+stimulation+directed+cortical+plasticity.">Norepinephrine and serotonin are required for vagus nerve stimulation directed cortical plasticity.</a> Exp. Neurol. , (2019).</li><li>Hulsey, D. R., 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=Reorganization+of+Motor+Cortex+by+Vagus+Nerve+Stimulation+Requires+Cholinergic+Innervation.">Reorganization of Motor Cortex by Vagus Nerve Stimulation Requires Cholinergic Innervation.</a> Brain Stimulation. 9, 174-181 (2016).</li><li>Bouverot, P., Crance, J. P., Dejours, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Factors+influencing+the+intensity+of+the+breuer-hering+inspiration-inhibiting+reflex.">Factors influencing the intensity of the breuer-hering inspiration-inhibiting reflex.</a> Respiration Physiology. , (1970).</li><li>Fialova, E., Vizek, M., Palecek, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inflation+reflex+in+the+rat.">Inflation reflex in the rat.</a> Physiologia Bohemoslov. , (1975).</li><li>Hays, S. 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=The+bradykinesia+assessment+task:+An+automated+method+to+measure+forelimb+speed+in+rodents.">The bradykinesia assessment task: An automated method to measure forelimb speed in rodents.</a> Journal of Neuroscience Methods. , (2013).</li><li>Kim, H., 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=Cuff+and+sieve+electrode+(CASE):+The+combination+of+neural+electrodes+for+bi-directional+peripheral+nerve+interfacing.">Cuff and sieve electrode (CASE): The combination of neural electrodes for bi-directional peripheral nerve interfacing.</a> Journal of Neuroscience Methods. , (2020).</li><li>Gonz&#225;lez-Gonz&#225;lez, M. 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=Thin+Film+Multi-Electrode+Softening+Cuffs+for+Selective+Neuromodulation.">Thin Film Multi-Electrode Softening Cuffs for Selective Neuromodulation.</a> Scientific Reports. , (2018).</li><li>Thakur, R., Nair, A. R., Jin, A., Fridman, G. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+a+Self-Curling+Cuff+with+a+Soft,+Ionically+Conducting+Neural+Interface.">Fabrication of a Self-Curling Cuff with a Soft, Ionically Conducting Neural Interface.</a> Proceedings of the Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, EMBS. , (2019).</li><li>Bucksot, 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=Flat+electrode+contacts+for+vagus+nerve+stimulation.">Flat electrode contacts for vagus nerve stimulation.</a> PLoS One. 14, (2019).</li><li>El Tahry, R., 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=Repeated+assessment+of+larynx+compound+muscle+action+potentials+using+a+self-sizing+cuff+electrode+around+the+vagus+nerve+in+experimental+rats.">Repeated assessment of larynx compound muscle action potentials using a self-sizing cuff electrode around the vagus nerve in experimental rats.</a> Journal of Neuroscience Methods. , (2011).</li><li>Bonaz, B., Sinniger, V., Pellissier, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anti-inflammatory+properties+of+the+vagus+nerve:+potential+therapeutic+implications+of+vagus+nerve+stimulation.">Anti-inflammatory properties of the vagus nerve: potential therapeutic implications of vagus nerve stimulation.</a> Journal of Physiology. , (2016).</li></ol>

Hier beschrijven we een eenvoudige, goedkope aanpak voor de assemblage van chronisch implanteerbare stimulerende manchetelektrodes voor gebruik bij knaagdieren, waardoor preklinische onderzoeken van deze opkomende therapie worden vergemakkelijkt. Deze vereenvoudigde methode vereist geen gespecialiseerde opleiding of apparatuur, en maakt gebruik van een klein aantal tools en benodigdheden die gemakkelijk toegankelijk zijn voor de meeste onderzoekslaboratoria, waardoor zowel de monetaire als de arbeidskosten van de product...

Onlangs is de vraag naar chronisch implanteerbare manchetelektrode voor stimulatie van perifere zenuwen toegenomen, omdat studies steeds vaker het preklinische nut van deze techniek voor de behandeling van talrijke ontstekingsziektenaantonen 1,2,3 en neurologische aandoeningen4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15. Zo is aangetoond dat chronische VNS de neocorticale plasticiteit in verschillende leercontexten verbetert, de motorische revalidatieverbetert 4,5,6,7,8,extinction learning10,11,12,13,14en sensorische discriminatie15. Commercieel beschikbare perifere zenuw manchetelektrodes worden vaak geassocieerd met langere tijden voor orderafhandeling en relatief hoge kosten, die hun toegankelijkheid kunnen beperken. Als alternatief blijven protocollen voor "in-house" fabricage van chronisch implanteerbare manchetelektrodes beperkt en de anatomie van knaagdieren stelt bijzondere uitdagingen voor vanwege hun kleine omvang. De huidige protocollen voor de bouw van manchetelektrodegen voor chronische knaagdierexperimenten vereisen vaak het gebruik van complexe apparatuur en technieken, evenals uitgebreid opgeleid personeel. In dit protocol demonstreren we een vereenvoudigde benadering van manchetelelektrodefabricage op basis van eerder gepubliceerde en veelgebruikte methoden16,17. We valideren de functionaliteit van onze chronisch geïmplanteerde elektroden bij ratten door aan te tonen dat, op het moment van manchetimplantatie rond de linker cervicale vaguszenuw, stimulatie toegepast op de manchetelektroden met succes een stopzetting van de ademhaling en daling van SpO2 veroorzaakte. Stimulatie van afferent longreceptor vagalvezels is bekend dat de Hering-Breuer reflex, waarbij de remming van verschillende ademhalingskernen in de hersenstam resulteert in de onderdrukking inspiratie18. Zo, stopzetting van de ademhaling in overeenstemming met de Hering-Breuer reflex, en de resulterende daling van SpO2, bieden een eenvoudige test voor een goede elektrode implantatie en manchet functie bij verdoofde ratten. Om de langetermijnfunctionaliteit van chronisch geïmplanteerde manchetelektrodes te valideren, werden reflexreacties gemeten op het moment van implantatie en vergeleken met de reacties die bij dezelfde dieren zes weken na de implantatie werden verkregen. Een tweede groep ratten werd geïmplanteerd met VNS manchetelektrodes na gedragstraining op een hefboom drukkende taak. Bij deze ratten produceerde VNS in combinatie met de juiste taakprestaties een reorganisatie van de corticale motorkaart , in overeenstemming met eerder gepubliceerde studies19,20,21,22. Op het moment van motorische corticale mapping onder narcose, die 5-10 weken na implantatie van het apparaat plaatsvond, hebben we de manchetfunctie bij met VNS behandelde dieren verder gevalideerd door te bevestigen dat VNS met succes een stopzetting van de ademhaling en een daling van meer dan 5% in SpO2veroorzaakte.
De onlangs gepubliceerde protocollen van Childs et al.17 en Rios et al.16 bieden een goed gevalideerd uitgangspunt voor een vereenvoudigde manchetelelektrodefabricatiebenadering, aangezien deze populaire methode is gebruikt door meerdere laboratoria die chronische VNS-onderzoeken uitvoeren bij knaagdieren1,2,3,4,5,6,7,8,99,10,11. De oorspronkelijke methode omvat verschillende hoge precisie stappen voor het manipuleren van de fijne microdraden zodanig dat manchetelelektrode fabricage duurt meer dan een uur in beslag, en uitgebreide training om betrouwbaar uit te voeren. De hier beschreven vereenvoudigde aanpak vereist aanzienlijk minder materialen en gereedschappen en kan in minder dan een uur worden voltooid door minimaal opgeleid personeel.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:1336px;" width="1335">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:441px;">Biocompatible polyurethane-based polymer tubing, 0.080&#34; OD x 0.040&#34; ID</td>
			<td style="width:178px;">Braintree Scientific</td>
			<td style="width:174px;">MRE080 36 FT</td>
			<td style="width:542px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Dissecting microscope</td>
			<td style="width:178px;">AM Scopes</td>
			<td style="width:174px;">#SM-6T-FRL</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Fine Serrated Scissors, straight, 22mm cutting edge</td>
			<td style="width:178px;">Fine Science Tools</td>
			<td style="width:174px;">#14058-09</td>
			<td>for cutting Pt/Ir wire and suture thread</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Forceps, #5 Dumont forceps, straight, 11 cm, 0.1 x 0.06 mm tip</td>
			<td style="width:178px;">Fine Science Tools</td>
			<td style="width:174px;">#11626-11</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Forceps, ceramic tipped forceps, 0.3 mm x 30 mm tips</td>
			<td style="width:178px;">Electron Microscopy Sciences</td>
			<td style="width:174px;">#78127-71</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Gold Pins, PCB Press Fit Socket</td>
			<td style="width:178px;">Mill-Max</td>
			<td style="width:174px;">#1001-0-15-15-30-27-04-0</td>
			<td>or similar small pins for connecting cuff leads to headcap</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Isobutane lighter</td>
			<td style="width:178px;">BIC</td>
			<td style="width:174px;">#LCP21-AST</td>
			<td>for de-insulating Pt/Ir wire</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Micro strip connector with latch, 4-pin</td>
			<td style="width:178px;">Omnetics</td>
			<td style="width:174px;">A24002-004 / PS1-04-SS-LT</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Pipette tip, 10 uL</td>
			<td style="width:178px;">VWR</td>
			<td>89079-464</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Platinum-Iridium (90/10%) Wire, 0.001&#34; (diameter) x 9 strands, PTFE insulated</td>
			<td style="width:178px;">Sigmund Cohn</td>
			<td style="width:174px;">10IR9/49T</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Razor Blade, Single Edge, Surgical Carbon Steel No.9</td>
			<td style="width:178px;">VWR</td>
			<td style="width:174px;">#55411-050</td>
			<td>for cutting MicroRenathane tubing</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Sewing needle, ca. 4.0 cm length x 0.7 mm diameter (size 6-7)</td>
			<td style="width:178px;">Singer</td>
			<td style="width:174px;">00276</td>
			<td>Smaller needle for threading Pt/Ir wire</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Sewing needle, ca. 4.5 cm length x 0.8 mm diameter (size 2-3)</td>
			<td style="width:178px;">Singer</td>
			<td style="width:174px;">00276</td>
			<td>Larger needle for pinning cuff during assembly and for threading suture</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Small foam board</td>
			<td style="width:178px;">Juvo+/Amazon</td>
			<td>B07C9637SJ</td>
			<td>for fabrication platform; our dimensions are ca. 2.5&#34; x 3.5&#34; x 1&#34; (L x W x H)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Solder, multicore lead-free, 0.38mm diameter</td>
			<td style="width:178px;">Loctite/Multicore</td>
			<td style="width:174px;">#796037</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Soldering station</td>
			<td style="width:178px;">Weller</td>
			<td style="width:174px;">WES51</td>
			<td>or similar soldering iron compatible with long conical tips (this part has been discontinued)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Soldering tip, long conical, 0.01&#34; / 0.4 mm</td>
			<td style="width:178px;">Weller</td>
			<td style="width:174px;">1UNF8</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Suture, nonabsorbable braided silk ,size 6/0</td>
			<td style="width:178px;">Fine Science tools</td>
			<td style="width:174px;">#18020-60</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">UV (405 nm) spot light</td>
			<td style="width:178px;">Henkel/Loctite</td>
			<td style="width:174px;">#2182207</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">UV Light Cure Adhesive 25 ml</td>
			<td style="width:178px;">Henkel/Loctite</td>
			<td style="width:174px;">AA 3106</td>
			<td>or similar biocompatible UV cure adhesive</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Wire wrapping wire, 30 AWG</td>
			<td style="width:178px;">Digikey</td>
			<td style="width:174px;">K396-ND</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

preparation of peripheral nerve stimulation electrodes for chronic implantation in rats

Perifere zenuwboekelektrodes worden al lang gebruikt in de neurowetenschappen en aanverwante gebieden voor stimulatie van bijvoorbeeld vagus- of heupzenuwen. Verschillende recente studies hebben aangetoond dat de effectiviteit van chronische VNS in het verbeteren van het centrale zenuwstelsel plasticiteit om motorische revalidatie, uitsterven leren, en zintuiglijke discriminatie te verbeteren. De bouw van chronisch implanteerbare apparaten voor gebruik in dergelijke studies is een uitdaging vanwege de kleine omvang van ratten, en typische protocollen vereisen uitgebreide training van personeel en tijdrovende microfabricagemethoden. Als alternatief kunnen commercieel verkrijgbare implanteerbare manchetelektrodes tegen aanzienlijk hogere kosten worden aangeschaft. In dit protocol presenteren we een eenvoudige, goedkope methode voor de bouw van kleine, chronisch implanteerbare perifere zenuwboektroden voor gebruik bij ratten. We valideren de korte en lange termijn betrouwbaarheid van onze manchetelektroden door aan te tonen dat VNS in ketamine/xylazine verdoofde ratten een afname van de ademhaling produceert in overeenstemming met de activering van de Hering-Breuer reflex, zowel op het moment van implantatie als tot 10 weken na implantatie van het apparaat. Verder tonen we de geschiktheid van de manchetelektroden voor gebruik in chronische stimulatiestudies aan door VNS te koppelen aan ervaren hefboompersprestaties om motorische kaartplasticiteit te induceren.

Vagus zenuwboektroden en hoofddoppen werden chronisch geïmplanteerd bij ratten volgens eerder gepubliceerde chirurgische ingrepen17,19,20,21,22. Voorafgaand aan de implantatie werd impedantie op 1 kHz over de manchetleiden gemeten met de manchetslang ondergedompeld in zout (impedantie = 1,2 ± 0,17 kΩ [gemiddelde ± std]; N = 9). Alleen manchetten met impeda...

Watch this Scientific Journal Video about Preparation of Peripheral Nerve Stimulation Electrodes for Chronic Implantation in Rats at JoVE.com

Preparation of Peripheral Nerve Stimulation Electrodes for Chronic Implantation in Rats

Bestaande benaderingen voor de bouw van chronisch implanteerbare perifere zenuwboektroden voor gebruik bij kleine knaagdieren vereisen vaak gespecialiseerde apparatuur en/of hoog opgeleid personeel. In dit protocol demonstreren we een eenvoudige, goedkope aanpak voor het fabriceren van chronisch implanteerbare manchetelektrodes en tonen we hun effectiviteit voor nervusstimulatie (VNS) bij ratten.

Voorbereiding van perifere zenuwstimulatie elektroden voor chronische implantatie bij ratten

Peripheral nerve cuff electrodes have long been used in the neurosciences and related fields for stimulation of, for example, vagus or sciatic nerves. ...

Perifere zenuwstimulatie wordt steeds meer onderzocht als een behandeling voor een verscheidenheid van ziekten, waaronder ontstekingsziekten en neurale aandoeningen. De bouw van chronisch implanteerbare perifere zenuwboekelektrode voor kleine proefdieren kan tijdrovend en duur zijn. Dit protocol beschrijft een eenvoudige, goedkope aanpak voor de bouw van chronisch implanteerbare perifere zenuwstimulerende elektroden voor gebruik bij ratten.De methode vereist zeer weinig en gemakkelijk toegankelijke materialen en leveringen en een verminderd aantal gevaarlijke of technisch gevraagde stappen in vergelijking met vergelijkbare technieken die zowel de kosten van het apparaat als de tijd die nodig is om personeel en apparaatassemblage op te leiden, vermindert. Deze techniek is ontworpen om preklinische studies die de effectiviteit van chronische Vegas zenuwstimulatie tijdens beroerte herstel of andere vormen van Metro disfunctie te testen. Begin met het voorbereiden van de manchetbuis.Gebruik een scheermesje om een stuk polymeerbuizen van 2,5 millimeter te snijden. Steek vervolgens een paperclip of krachttips door de slang en laat een in de lengte glijden door de muur van de slang aan de ene kant van de manchet. Haal de tang uit de slang en steek een grote naainaald door de middellijn van de manchet.Plaats de naald in het schuimbord om de manchet op zijn plaats te spelden tijdens de resterende montagestappen. Om een hechting te plaatsen voor het vastzetten van de manchetsluiting tijdens de implantatie steek een kleine naainaald door de wand van de manchet op de middellijn ongeveer vijf millimeter van de bovenste spleet aan de ene kant. Steek vervolgens twee centimeter van een zes nul hechting door het oog van de naald en trek de naald door de wand van de slang om de hechting draad in de manchet.Prik een tweede gat door de buizenwand ongeveer punt vijf millimeter onder het eerste gat langs de middellijn van de manchet. Steek de hechting door het oog van de naald en trek de naald door de slangwand. Breng een kleine hoeveelheid UV-kuur lijm aan het korte uiteinde van de hechting uit te breiden van het onderste gat en trek de langere hechting einde totdat de onderste staart is bijna gelijk met de buitenwand van de slang.Genees de lijm vervolgens met een UV-toverstok. Herhaal dit proces om een andere hechting aan de andere kant van de manchet te plaatsen. Volgende plaats de Platinum Iridium draad leidt.Gebruik de kleine naainaald om vier gaten in de manchetwand te maken. Steek vervolgens de naainaald opnieuw in, dit keer werkend van buiten naar binnen door het eerste loden gat. Steek ongeveer punt vijf centimeter van een 7,5 centimeter Platinum Iridium draad door het oog van de naald en trek de naald door de slang om de draad lood draad door de manchetwand.Stel de draad zo in dat ongeveer 4,5 centimeter zich uitstrekt aan de buitenzijde van de manchet. Steek de naald door het eerste loden gat weer dan door de tweede loden gat. Steek punt vijf centimeter van het kortere uiteinde van de draad door het oog van de naald en trek de naald door de slang om de draad lood draad door de manchetwanden.Herhaal het proces om de draad door de derde en vierde loodgaten te rijgen. Met behulp van een butaanaansteker, verwijder voorzichtig de isolatie van vijf tot zes millimeter van de draden die zich uitstrekken van de tweede en vierde loden gaten Trek dan voorzichtig aan het uiteinde van de draad die zich uitstrekt van het eerste gat totdat het niet-geïsoleerde gedeelte van de draad gelijk is met het gat. Herhaal dit met de andere leiden om de niet-geïspuleerde einde van de draad schroefdraad uit te lijnen door de derde en vierde loodgaten.Breng een kleine hoeveelheid UV-kuur lijm aan de draad lussen aan de buitenkant van de manchet op de eerste en derde lood gaten. Gebruik vervolgens de UV-toverstok om de lijm te genezen en de leads op zijn plaats te beveiligen. Gebruik een kleine pipettip om de ongeïnuleerde draad leidt tegen de binnenwand van de manchet te duwen.Trek de een millimeter staarten van de draad plat tegen het buitenoppervlak van de manchet, waarbij zorg ervoor dat ze niet kort samen. Breng vervolgens een kleine hoeveelheid UV-lijm aan om gewoon de twee staarten te bedekken en te genezen. Verwijder de grote naald met de manchetmontage van het schuimbord.Steek een drie centimeter lengte van een zes nul hechting door het oog van de naald en trek de naald door de slang om de hechting draad door de onderkant van de manchet in het midden. Steek de kleine naainaald door dezelfde middellijn gat werken van binnen naar buiten om vervorming, de slang en de draad leidt te voorkomen. Steek vervolgens de buitenstaart van de hechting door het oog van de naald en trek de naald door de manchetwand om een lus van hechting rond de rand van de manchet te creëren.Maak de tweede lus rond het andere uiteinde van de manchet door het binden van de uiteinden van de hechting en een halve knoop aan de buitenkant van de manchet. Terwijl u de knoop plat tegen de slang houdt, breng u een kleine hoeveelheid UV-lijm aan op de halve knoop en genees deze. Snijd de uiteinden van de hechtdraad voorzichtig zo dicht mogelijk bij de knoop.Gebruik vervolgens een butaanaansteker om de isolatie te verwijderen van ongeveer drie millimeter aan het einde van elk van de Platinum Iridium draadkabels. Soldeer de bekerzijde van een gouden speld aan het niet-geïtule uiteinde van elk lood. Alvorens verder te gaan met de implantatietest de impedantie van het geassembleerde apparaat om te controleren of de gemonteerde manchet een impedantie van minder dan twee kilo ohm bij één kilohertz heeft.Na het monteren van de hoofdkap en het implanteren van de manchetelektrode volgens de handschriftrichtingen, stimuleert u de nervus vagus terwijl de rat wakker is. Sluit de rat aan op een stimulusgenerator via de geïmplanteerde hoofdkap en pas de stimulatie-instellingen aan. Voor VNS geïnduceerde reorganisatie van de motor corticale kaart, leveren een enkele trein van 15 bifasische pulsen, elk met een breedte van 100 microseconden, en een amplitude van 800 micro ampère bij een frequentie van 30 hertz.Een stimulatie trein wordt geleverd onmiddellijk na de detectie van elke succesvolle hendel druk gedurende 10, 30 minuten durende trainingen. Gebruik een oscilloscoop om een succesvolle levering van de huidige stimulatie te controleren. Dit protocol, werd gebruikt om vagus zenuwboekelektrode en hoofdkappen bij ratten chronisch te implanteren.Tijdens de implantatie werd de functionele validatie van alle manchetten uitgevoerd door te testen op een door VNS veroorzaakte daling van de bloedzuurstofverzadiging. Om deze respons op te roepen, werd een 10 seconden trein van 30 hertz pulsen, elk met een breedte van 100 microseconden, en een amplitude van 800 micro amplitude geleverd over de manchet leidt. Voor alle manchetten, zagen we een VNS geïnduceerde stopzetting van de ademhaling voor de duur van de 10 seconden stimulatie, die gepaard ging met een daling van de bloedzuurstofverzadiging van ten minste 5%bevestigen manchetfunctie en een goede implantatie.Om de lange termijn functionaliteit van de apparaten te testen, werden ratten verdoofd zes weken na implantatie, en VNS werd opnieuw toegepast. Voor zeven van de negen apparaten, de omvang van de stimulatie opgeroepen verandering in het bloed zuurstofverzadiging, niet verschillen van die waargenomen bij de eerste implantatie, wat suggereert aanhoudende uitstekende prestaties. De overige twee apparaten, waardoor de stimulatie amplitude tot 1,6 milliampère was voldoende om een betrouwbare vermindering van de bloedzuurstofverzadiging van ten minste 5% wat suggereert dat deze apparaten bleven functioneren op te roepen.Maar de veranderingen in impedantie, zenuwschade, of manchet oriëntatie kan hebben geresulteerd in verminderde prestaties. Om de functionaliteit op lange termijn van de chronisch geïmplanteerde apparaten verder te testen, werd een tweede groep ratten getraind op een vereenvoudigde versie van een bekwame het bereiken hefboomperstaak. De ratten moesten twee centimeter buiten de trainingscabine bereiken om de hendel volledig te indrukken en deze vervolgens binnen twee seconden los te laten.In overeenstemming met eerdere studies waaruit blijkt dat vagus zenuwstimulatie drijft uitbreiding van taak relevante motor kaart representaties, VNS behandelde ratten tentoongesteld aanzienlijk grotere proximale voorpoot representaties dan Sham behandelde ratten. Dit protocol kan gemakkelijk worden aangepast aan chronische stimulatie-experimenten in andere laboratoriumsoorten of op andere perifere zenuwlocaties, waaronder heup- of sacrale zenuwen. Bijvoorbeeld.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Surgical Implantation of Chronic Neural Electrodes for Recording Single Unit Activity and Electrocorticographic Signals

Chirurgische Implantatie van chronische neurale elektroden voor opname Single Unit Activiteit en electrocorticografische signalen

The success of long-term electrophysiological recordings often depends on the quality of the implantation surgery.  Here we provide useful information for ...

Fiber-optic Implantation for Chronic Optogenetic Stimulation of Brain Tissue

Glasvezel-implantatie voor chronische Optogenetic Stimulatie van hersenweefsel

Elucidating patterns of neuronal connectivity has been a challenge for both clinical and basic neuroscience. Electrophysiology has been the gold standard ...

Transplantation of Olfactory Ensheathing Cells to Evaluate Functional Recovery after Peripheral Nerve Injury

Transplantatie van olfactorische Ensheathing Cellen tot functioneel herstel Evalueer na perifere zenuwschade

Olfactory ensheathing cells (OECs) are neural crest cells which allow growth and regrowth of the primary olfactory neurons. Indeed, the primary olfactory ...

Optogenetic Stimulation of the Auditory Nerve

Optogenetische stimulatie van de gehoorzenuw

Direct electrical stimulation of spiral ganglion neurons (SGNs) by cochlear implants (CIs) enables open speech comprehension in the majority of implanted ...

Microelectrode Guided Implantation of Electrodes into the Subthalamic Nucleus of Rats for Long-term Deep Brain Stimulation

Micro-elektrode Begeleide Implantatie van elektroden in de nucleus subthalamicus van Rats naar Lange termijn Deep Brain Stimulation

Deep brain stimulation (DBS) is a widely used and effective therapy for several neurologic disorders, such as idiopathic Parkinson&#8217;s disease, ...

Fabrication of High Contact-Density, Flat-Interface Nerve Electrodes for Recording and Stimulation Applications

Fabrication van High-Density Contact, Flatscreen-Interface Nerve Elektroden voor het opnemen en Stimulatie Applications

Many attempts have been made to manufacture multi-contact nerve cuff electrodes that are safe, robust and reliable for long term neuroprosthetic ...

Chronic Transcranial Electrical Stimulation and Intracortical Recording in Rats

Chronische Transcraniële elektrische stimulatie en Intracortical opname in ratten

Transcranial electrical stimulation (TES) is a powerful and relatively simple approach to diffusely influence brain activity either randomly or in a ...

Chronic Implantation of Whole-cortical Electrocorticographic Array in the Common Marmoset

Chronische implantatie van geheel-corticale Electrocorticographic Array in de gemeenschappelijke Hapalomys

Electrocorticography (ECoG) allows the monitoring of electrical field potentials from the cerebral cortex with high spatiotemporal resolution. Recent ...

Chronic Implantation of Multiple Flexible Polymer Electrode Arrays

Chronische implantatie van meerdere flexibele polymeer elektrode arrays

Simultaneous recordings from large populations of individual neurons across distributed brain regions over months to years will enable new avenues of ...

Implantation and Control of Wireless, Battery-free Systems for Peripheral Nerve Interfacing

Implantatie en controle van draadloze, batterijloze systemen voor perifere zenuwinterfacing

Peripheral nerve interfaces are frequently used in experimental neuroscience and regenerative medicine for a wide variety of applications. Such interfaces ...