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

Dette arbeidet ble finansiert av University of Texas i Dallas og UT Board of Regents. Vi takker Solomon Golding, Bilaal Hassan, Marghi Jani og Ching-Tzu Tseng for teknisk assistanse.

Alle prosedyrer som er beskrevet i denne protokollen utføres i samsvar med NIH Guide for care and use of Laboratory Animals og ble godkjent av Institutional Animal Care and Use Committee of The University of Texas i Dallas.
1. Stimulerende mansjett elektrode fabrikasjon
<ol><li>Forbered mansjetten slange.<ol>
<li>Bruk et barberblad, kutt et stykke polymerrør 2,5 mm i lengde. Sett tangspissene eller en binders gjennom slangen, og bruk bladet til å lage en spalte på langs gjennom veggen p?...

<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>

Her beskriver vi en enkel, rimelig tilnærming for montering av kronisk implanterbare stimulerende mansjettelektroder for bruk hos gnagere, noe som letter prekliniske undersøkelser av denne nye terapien. Denne forenklede metoden krever ingen spesialisert opplæring eller utstyr, og bruker et lite antall verktøy og forsyninger som er lett tilgjengelige for de fleste forskningslaboratorier, noe som reduserer både monetære og lønnskostnader for enhetsproduksjon sammenlignet med andre tilnærminger16,<...

Nylig har etterspørselen etter kronisk implanterbare mansjettelektroder for stimulering av perifere nerver vokst, da studier i økende grad viser den prekliniske nytten av denne teknikken for behandling av mange inflammatoriskesykdommer 1,2,3 og nevrologiskelidelser 4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15. Kronisk VNS, for eksempel, har vist seg å forbedre neokortikale plastisitet i en rekke læringssammenhenger, forbedre motor rehabilitering4,5,6,7,8, utryddelse læring10,11,12,13,14, og sensorisk diskriminering15. Kommersielt tilgjengelige perifere nervemansjetlektroder er ofte forbundet med utvidede tider for ordreoppfyllelse og relativt høye kostnader, noe som kan begrense tilgjengeligheten. Alternativt forblir protokoller for "in-house" fabrikasjon av kronisk implanterbare mansjettelektroder begrenset, og gnageranatomi presenterer spesielle utfordringer på grunn av deres lille størrelse. Nåværende protokoller for å konstruere mansjettelektroder for kroniske gnagereksperimenter krever ofte bruk av komplekst utstyr og teknikker, samt omfattende opplært personell. I denne protokollen demonstrerer vi en forenklet tilnærming til mansjettelektrodefabrikasjon basert på tidligere publiserte og mye bruktemetoder 16,,17. Vi validerer funksjonaliteten til våre kronisk implanterte elektroder hos rotter ved å demonstrere at på tidspunktet for mansjettimplantasjon rundt venstre cervical vagus nerve, stimulering brukt på mansjettelektrodene vellykket produsert en opphør av pust og fall i SpO2. Stimulering av afferent lungereseptor vagalfibre er kjent for å engasjere Hering-Breuer refleks, der hemming av flere respiratoriske kjerner i hjernestammen resulterer i undertrykkelse inspirasjon18. Dermed gir opphør av pusten i samsvar med Hering-Breuer-refleksen, og den resulterende nedgangen i SpO2, en enkel test for riktig elektrodeimplantasjon og mansjettfunksjon hos bedøvede rotter. For å validere den langsiktige funksjonaliteten til kronisk implanterte mansjettelektroder ble refleksresponser målt på implantasjonstiden og sammenlignet med svarene som ble oppnådd hos de samme dyrene seks uker etter implantasjon. En annen gruppe rotter ble implantert med VNS mansjettelektroder etter atferdstrening på en spakpressende oppgave. I disse rotter, VNS sammen med riktig oppgave ytelse produsert omorganisering av kortikale motor kartet, i samsvar med tidligere publiserte studier19,20,21,22. På tidspunktet for motorkortikale kartlegging under anestesi, som skjedde 5-10 uker etter implantasjon av enheten, validerte vi ytterligere mansjettfunksjonen hos VNS-behandlede dyr ved å bekrefte at VNS vellykket induserte en opphør av pusten og en større enn 5% nedgang i SpO2.
De nylig publiserte protokollene fra Childs et al.17 og Rios et al.16 gir et godt validert utgangspunkt for en forenklet mansjettelektrodefabrikasjon tilnærming, da denne populære metoden har blitt benyttet av flere laboratorier som utfører kroniske VNS-studier hos gnagere1,2,3,,4,5,6,7,8,9,10,11. Den opprinnelige metoden innebærer flere høypresisjonstrinn for å manipulere de fine mikroledningene slik at mansjettelektrodefabrikasjon tar over en time å fullføre, og omfattende opplæring for å utføre pålitelig. Den forenklede tilnærmingen som er beskrevet her krever betydelig færre materialer og verktøy og kan fullføres på under en time av minimalt opplært personell.

<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 nerve cuff elektroder har lenge vært brukt i nevrovitenskap og relaterte felt for stimulering av for eksempel vagus eller isjiasnerver. Flere nyere studier har vist effektiviteten av kronisk VNS i å forbedre sentralnervesystemet plastisitet for å forbedre motorrehabilitering, utryddelseslæring og sensorisk diskriminering. Bygging av kronisk implanterbare enheter for bruk i slike studier er utfordrende på grunn av rotters lille størrelse, og typiske protokoller krever omfattende opplæring av personell og tidkrevende mikrofabrikasjonsmetoder. Alternativt kan kommersielt tilgjengelige implanterbare mansjettelektroder kjøpes til en betydelig høyere pris. I denne protokollen presenterer vi en enkel, rimelig metode for bygging av små, kronisk implanterbare perifere nervemansjettlektroder for bruk hos rotter. Vi validerer den kortsiktige og langsiktige påliteligheten til våre mansjettelektroder ved å demonstrere at VNS i ketamin / xyazine bedøvet rotter produserer reduksjon i pustefrekvens i samsvar med aktivering av Hering-Breuer refleks, både på tidspunktet for implantasjon og opptil 10 uker etter apparatimplantasjon. Vi viser videre egnetheten til mansjettelektrodene for bruk i kroniske stimuleringsstudier ved å pare VNS med dyktig spakpresseytelse for å indusere motorkortikal kartplastisitet.

Vagus nerve cuff elektroder og hodeskåler ble kronisk implantert i rotter i henhold til tidligere publiserte kirurgiske prosedyrer17,19,20,21,22. Før implantasjon ble impedans ved 1 kHz målt over mansjettens ledninger med mansjettslangen nedsenket i saltvann (impedans = 1,2 ± 0,17 kΩ [gjennomsnitt ± std]; N = 9). Bare mansjetter med impedanser mindre enn...

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

Eksisterende tilnærminger for å konstruere kronisk implanterbare perifere nervemansjetter for bruk hos små gnagere krever ofte spesialisert utstyr og / eller høyt utdannet personell. I denne protokollen demonstrerer vi en enkel, rimelig tilnærming for å fremstille kronisk implanterbare mansjettelektroder, og demonstrere deres effektivitet for vagus nervestimulering (VNS) hos rotter.

Fremstilling av perifere nervestimuleringselektroder for kronisk implantasjon hos rotter

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

Perifer nervestimulering er i økende grad under etterforskning som en behandling for en rekke sykdommer, inkludert inflammatoriske sykdommer og nevrale lidelser. Bygging av kronisk implanterbare perifere nerve cuff elektroder for små laboratoriedyr kan være tidkrevende og dyrt. Denne protokollen beskriver en enkel, rimelig tilnærming for å konstruere kronisk implanterbare perifere nervestimulerende elektroder for bruk hos rotter.Metoden krever svært få og lett tilgjengelige materialer og forsyninger og et redusert antall farlige eller teknisk krevde trinn sammenlignet med lignende teknikker som reduserer både kostnadene for enheten, samt tiden som kreves for å trene personell og enhetsmontering. Denne teknikken ble designet for å muliggjøre prekliniske studier som tester effektiviteten av kronisk Vegas nervestimulering under hjerneslaggjenoppretting eller andre typer Metro dysfunksjon. Begynn med å forberede mansjetten rør.Bruk et barberblad til å kutte et 2,5 millimeter stykke polymerrør. Sett deretter inn en binders eller kraftspisser gjennom slangen og gjør en på langsgående slip gjennom veggen av slangen på den ene siden av mansjetten. Fjern tangen fra slangen og sett inn en stor synål gjennom midtlinjen på mansjetten.Plasser nålen i skumbrettet for å feste mansjetten på plass under de resterende monteringstrinnene. For å plassere en sutur for å sikre mansjettlukking under implantasjon, sett inn en liten synål gjennom veggen på mansjetten på midtlinjen omtrent fem millimeter fra den øverste spalten på den ene siden. Sett deretter inn to centimeter av en seks null sutur gjennom nåløyets øye og trekk nålen gjennom veggen på slangen for å tre suturen inn i mansjetten.Punkter et annet hull gjennom rørveggen omtrent punkt fem millimeter under det første hullet langs midtlinjen av mansjetten. Sett suturen gjennom nåløyets øye og trekk nålen gjennom rørveggen. Påfør en liten mengde UV-herdelim på den korte enden av suturen som strekker seg fra det nedre hullet og trekk den lengre suturenden til den nedre halen nesten er i flukt med den ytre veggen i slangen.Deretter kurere limet med en UV-tryllestav. Gjenta denne prosessen for å plassere en annen sutur på motsatt side av mansjetten. Deretter plasserer Platinum Iridium wire ledninger.Bruk den lille synålen til å lage fire hull i mansjettveggen. Sett deretter på synålen igjen, denne gangen arbeider fra eksteriør til interiør gjennom det første blyhullet. Sett omtrent fem centimeter av en 7,5 centimeter Platina Iridium-ledning gjennom nåløyets øye og trekk nålen gjennom slangen for å tre tråden gjennom mansjetten.Juster ledningen slik at ca. 4,5 centimeter strekker seg på utsiden av mansjetten. Sett nålen gjennom det første blyhullet igjen og deretter gjennom det andre blyhullet. Sett inn punkt fem centimeter av den kortere enden av ledningen gjennom nåløyets øye og trekk nålen gjennom slangen for å tre ledningen gjennom mansjettveggene.Gjenta prosessen for å tre tråden gjennom tredje og fjerde blyhull. Ved hjelp av en butan lettere, forsiktig fjerne isolasjonen fra fem til seks millimeter av ledningene som strekker seg fra andre og fjerde bly hull Deretter forsiktig trekke på enden av ledningen strekker seg fra det første hullet til den uisolerte delen av ledningen er flush med hullet. Gjenta dette med den andre ledningen for å justere den uisolerte enden av ledningen gjenget gjennom tredje og fjerde blyhull.Påfør en liten mengde UV-herdelim på trådløkkene på utsiden av mansjetten ved første og tredje blyhull. Bruk deretter UV-staven til å kurere klebemidlet og feste ledningene på plass. Bruk en liten pipettespiss til å skyve de uisolerte ledningene mot den indre veggen på mansjetten.Trekk en millimeter haler av ledningen flatt mot den ytre overflaten av mansjetten, ta vare på ikke å korte dem sammen. Påfør deretter en liten mengde UV-lim for å bare dekke de to halene og kurere den. Fjern den store nålen med mansjettenheten fra skumkortet.Sett inn en tre centimeter lang av en seks null sutur gjennom nåløyets øye og trekk nålen gjennom slangen for å tre suturen gjennom bunnen av mansjetten midtpunktet. Sett den lille synålen gjennom det samme midtlinjehullet som arbeider fra interiør til eksteriør for å unngå deformasjon, slangen og trådledningene. Sett deretter den ytre halen av suturen gjennom nåløyets øye og trekk nålen gjennom mansjetten for å skape en løkke av sutur rundt kanten av mansjetten.Lag den andre sløyfen rundt motsatt ende av mansjetten ved å binde endene av suturen og en halv knute på utsiden av mansjetten. Mens du holder knuten flat mot slangen, påfør en liten mengde UV-lim til halvknute og kurere den. Klipp forsiktig endene av suturtråden så nær knuten som mulig.Deretter bruker du en butanlighter til å fjerne isolasjonen fra omtrent tre millimeter på slutten av hver av Platinum Iridium-ledningene. Loddete koppsiden av en gullpinne til den uisolerte enden av hver bly. Før du fortsetter med implantasjonstest, er impedansen til den monterte enheten for å kontrollere at den monterte mansjetten har en impedans på mindre enn to kilo ohm på en kilohertz.Etter montering av hodehetten og implantert mansjettelektrodene i henhold til manuskriptretninger, stimulere vagusnerven mens rotten er våken. Koble rotten til en stimulansgenerator via den implanterte hodehetten og juster stimuleringsinnstillingene. For VNS indusert omorganisering av motorkortikale kartet, levere et enkelt tog med 15 bifagiske pulser, hver med en bredde på 100 mikrosekunder, og en amplitude på 800 mikro ampere med en frekvens på 30 hertz.Et stimuleringstog leveres umiddelbart etter påvisning av hvert vellykkede spaktrykk gjennom 10, 30 minutters treningsøkter. Bruk et oscilloskop for å overvåke vellykket levering av nåværende stimulering. Denne protokollen, ble brukt til kronisk implantat vagus nerve cuff elektroder og hode caps i rotter.Under implantasjon ble funksjonell validering av alle mansjetter utført ved testing for en VNS indusert nedgang i blod oksygenmetning. For å fremkalle dette svaret, ble et 10 sekunders tog på 30 hertz pulser, hver med en bredde på 100 mikrosekunder, og en amplitude på 800 mikro ampere levert over mansjettledningene. For alle mansjetter observerte vi en VNS indusert opphør av pusten i løpet av 10 sekunder stimulering, som ble ledsaget av en nedgang i blod oksygenmetning på minst 5% bekrefter mansjettfunksjon og riktig implantasjon.For å teste den langsiktige funksjonaliteten til enhetene ble rotter bedøvet seks uker etter implantasjon, og VNS ble igjen brukt. For syv av ni enheter, omfanget av stimulering fremkalt endring i blod oksygenmetning, ikke forskjellig fra det som ble observert ved første implantasjon, noe som tyder på fortsatt utmerket ytelse. De resterende to enhetene, øke stimulering amplitude til 1,6 milliampere var tilstrekkelig til å fremkalle en pålitelig reduksjon i blod oksygen metning på minst 5%tyder på at disse enhetene fortsatte å fungere.Men endringene i impedans, nerveskade eller mansjettorientering kan ha resultert i redusert ytelse. For ytterligere å teste den langsiktige funksjonaliteten til kronisk implanterte enheter, ble en annen gruppe rotter trent på en forenklet versjon av en dyktig nå spakepresseoppgave. Rottene ble pålagt å nå to centimeter utenfor treningsbåsen for å trykke spaken helt ned og deretter frigjøre den innen to sekunder.I samsvar med tidligere studier som viste at vagus nervestimulering driver utvidelse av oppgave relevante motorkartrepresentasjoner, viste VNS-behandlede rotter betydelig større proksimale forbenrepresentasjoner enn Sham-behandlede rotter. Denne protokollen kan enkelt tilpasses for å imøtekomme kroniske stimuleringseksperimenter i andre laboratoriearter eller på andre perifere nervesteder, inkludert isjias- eller sakralnerver. For eksempel.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

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

Kirurgisk Implantasjon av kroniske Neural Elektroder for innspilling med enkel enhet Aktivitet og Electrocorticographic Signaler

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

Fiberoptisk Implantasjon for kronisk Optogenetic Stimulering av hjernevev

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

Transplantasjon av Olfactory Ensheathing Cells å evaluere Funksjonell Recovery etter perifer nerveskade

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

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

Microelectrode Guidet Implantasjon av elektroder inn subthalamic Nucleus av Rats for Long-term dyp hjernestimulering

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

Fabrikasjon av High Kontakt-Density, Flatskjerm-Interface Nerve Elektroder for innspilling og stimulering 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

Kronisk Transkraniell elektrisk stimulering og Intracortical opptak i rotter

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

Kronisk implantering av hele-kortikale Electrocorticographic matrise i den vanlige Marmoset

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

Kronisk implantation av flere fleksible polymer elektrode rekker

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

Implantasjon og kontroll av trådløse, batterifrie systemer for perifer nervekontakt

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

Kombinert perifer nervestimulering og kontrollerbar pulsparameter TMS

Combined Peripheral Nerve Stimulation and Controllable Pulse Parameter Transcranial Magnetic Stimulation to Probe Sensorimotor Control and Learning

Forfatter Spotlight: Kombinert perifer nervestimulering og kontrollerbar pulsparameter transkraniell magnetisk stimulering for å undersøke sensorimotorisk kontroll og læring  

Kombinert perifer nervestimulering og kontrollerbar pulsparameter Transkraniell magnetisk stimulering for å undersøke sensorimotorisk kontroll og læring

Skilled motor ability depends on efficiently integrating sensory afference into the appropriate motor commands. Afferent inhibition provides a valuable ...