Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Nghiên cứu điện sinh lý và mô học về các điện cực vi ở trong dây thần kinh thị giác được cấy ghép mãn tính ở mắt thỏ
Tóm tắt
Mục tiêu của nghiên cứu này là xác định độ an toàn và hiệu quả của các điện cực vi dây kim loại được đặt xuyên sclerot và cấy ghép mãn tính vào đầu dây thần kinh thị giác của mắt thỏ. Bốn điện cực vi kim loại bạch kim đã được đưa qua sclerot và cấy ghép vào đầu dây thần kinh thị giác của năm mắt thỏ trong thời gian từ 4 đến 6 tháng. Các phương pháp chụp đáy mắt màu, chụp mạch huỳnh quang, điện thế võng mạc điện (ERG) và điện thế thị giác được gợi ý (VEP) đã được sử dụng để theo dõi tình trạng võng mạc. Các điện thế được gợi ý bằng điện (EEP) đã được khơi gợi thông qua kích thích điện lưỡng cực của các trục dây thần kinh thị giác bằng các tổ hợp khác nhau của bốn điện cực ngay sau khi cấy ghép và sau đó mỗi tháng một lần. Tác động của việc cấy ghép mãn tính các điện cực lên hình thái học của dây thần kinh thị giác đã được đánh giá qua các xét nghiệm mô học và miễn dịch mô học sau 4 và 6 tháng cấy ghép. Tất cả các điện cực đều ổn định ở vị trí cấy ghép trong suốt thời gian theo dõi sau cấy ghép, ngoại trừ một điện cực đã bị tuột ra khỏi đầu dây thần kinh thị giác sau 1 tháng cấy ghép. Không có dấu hiệu nhiễm trùng, viêm hay tăng sinh thể thủy tinh trong mắt nào được quan sát thấy. EEPs có thể được khơi gợi từ từng cặp điện cực ở tất cả các thời điểm kiểm tra. Cường độ ngưỡng trung bình (mật độ dòng điện) để kích thích EEP tăng từ 19.3±9.2 μA (6.0±2.9 μC/cm2) vào ngày cấy ghép lên 78.8±31.9 μA (24.6±10.0 μC/cm2) sau 1 tháng, nhưng không thay đổi đáng kể sau đó. Thời gian ngầm và độ lớn của sóng a và b của ERGs và của P1 của VEP không có sự thay đổi lớn trong suốt thời gian theo dõi sau cấy ghép. Đánh giá mô học của đầu dây thần kinh thị giác cho thấy có một số encapsulation mô nhẹ xung quanh điện cực và sự gia tăng biểu hiện protein axit sợi thần kinh phiên dịch gần bề mặt dây thần kinh thị giác. Việc cấy ghép các điện cực vi ở trong dây thần kinh thị giác là an toàn và hiệu quả. Những phát hiện này chỉ ra rằng việc cấy ghép các điện cực vi vào đầu dây thần kinh thị giác nên được xem xét cho các thiết bị giả thị giác dựa trên dây thần kinh thị giác.
Từ khóa
#điện cực vi #cấy ghép mãn tính #điện thế võng mạc #thỏ #dây thần kinh thị giácTài liệu tham khảo
Agnew WF, McCreery DB, Yuen TG, Bullara LA (1989) Histologic and physiologic evaluation of electrically stimulated peripheral nerve: considerations for the selection of parameters. Ann Biomed Eng 17:39–60
Al-Majed AA, Neumann CM, Brushart TM, Gorgon T (2000) Brief electrical stimulation promotes the speed and accuracy of motor axonal regeneration. J Neurosci 20:2602–2608
Bak M, Girvin P, Hambrecht FT, Kufta CV, Loeb GE, Schmidt EM (1990) Visual sensations produced by intracortical microstimulation of the human occipital cortex. Med Biol Eng Comput 28:257–259
Branner A, Stein RB, Normann RA (2001) Selective stimulation of cat sciatic nerve using an array of varying-part microelectrodes. J Neurophysiol 85:1585–1594
Branner A, Stein RB, Fernandez E, Aoyaki Y, Normann RA (2004) Long-term stimulation and recording with a penetrating microelectrode array in cat sciatic nerve. IEEE Trans Biomed Eng 51:146–157
Brummer SB, Turner MJ (1977) Electrochemical considerations for safe electrical stimulation of the nerve system with platinum electrodes. IEEE Trans Biomed Eng 24:59–63
Chow AY, Chow VY (1997) Subretinal electrical stimulation of the rabbit retina. Neurosci Lett 225:13–16
Delbeke J, Wanet-Defalque MC, Gerard B, Troosters M, Michaux G, Veraat C (2002) The microsystems based visual prosthesis for optic nerve stimulation. Artif Organs 26:232–234
Fang XY, Hayashi A, Morimoto T, Usui S, Cekic O, Fujioka, Hayashi N, Fujikado T, Ohji M, Tano Y (2004) Retinal changes after macular translocation with 360-degree retinotomy in monkey eyes. Am J Ophthalmol 137:1034–1041
Fang XY, Sakaguchi H, Fujikado T, Osanai M, Kanda H, Ikuno Y, Kamei M, Ohji M, Gan DK, Choi J, Yagi T, Tano Y (2005) Direct stimulation of optic nerve by electrodes implanted in optic disc of rabbit eyes. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol 243:49–56
Gekeler F, Kobuch K, Schwahn HN, Stett A, Shinoda K, Zrenner E (2004) Subretinal electrical stimulation of the rabbit retina with acutely implanted electrode arrays. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol 242:587–596
Grill WM, Mortimer JT (1994) Electrical properties of implant encapsulation tissue. Ann Biomed Eng 22:23–33
Humayun MS, de Juan E Jr, Weiland JD, Dagnelie G, Katona S, Greenberg R, Suzuki S (1999) Pattern electrical stimulation of the human retina. Vision Res 39:2569–2576
Kanda H, Morimoto T, Fujikado T, Tano Y, Fukuda Y, Sawai H (2004) Electrophysiological studies of the feasibility of suprachoroidal-transretinal stimulation for artificial vision in normal and RCS rats. Invest Ophthalmol Vis Sci 45:560–566
Liu X, McPhee G, Seldon HL, Clark GM (1997) Histological and physiological effects of the central auditory prosthesis: surface versus penetrating electrodes. Hearing Res 114:264–274
Majji AB, Humayun MS, Weiland JD, Suzuki S, D'anna SA, de Juan E Jr (1999) Long-term histological and electrophysiological results of an inactive epiretinal electrode array implantation in dogs. Invest Ophthalmol Vis Sci 40:2073–2081
Manivannan S, Terakawa S (1994) Rapid sprouting of filopodia in nerve terminals of chromaffin cells, and dorsal root neurons induced by electrical stimulation. J Neurosci 14:5917–5928
Margalit E, Maia M, Weiland JD, Greenberg RJ, Fujii GY, Torres G, Piyathaisere DV, O'Hearn TM, Liu W, Lazzi G, Dagnelie G, Scribner DA, de Juan E Jr, Humayun MS (2002) Retinal prosthesis for the blind. Surv Ophthalmol 47:335–356
McCreery DB, Agnem WF, Yuen TG, Bullara LA (1992) Damage in peripheral nerve from continuous electrical stimulation: comparison of two stimulus waveforms. Med Biol Eng Comput 30:109–114
McCreery DB, Yuen TG, Agnem WF, Bullara LA (1997) A characterization of the effects on neuronal excitability due to prolonged microstimulation with chronically implanted microelectrodes. IEEE Trans Biomed Eng 44:931–939
Morimoto T, Miyashi T, Fujikado T, Tano Y, Fukuda Y (2002) Electrical stimulation enhances the survival of axotomized retinal ganglion cells in vivo. Neuroreport 13:227–229
Normann RA, Warren DJ, Ammermuller J, Fernandez E, Guillory S (2001) High-resolution spatio-temporal mapping of visual pathways using multi-electrode arrays. Vis Res 41:1261–1275
Opremack EM, Bruce RA, Lomeo MD, Ridenour CD, Letson AD, Rehmar AJ (2001) Radial optic neurotomy for central retinal vein occlusion: a retrospective pilot study of 11 consecutive cases. Retina 21:408–415
Rizzo JF III, Wyatt J, Humayun M, de Juan E, Liu W, Chow A, Eckmiller R, Zrenner E, Yagi T, Abrams G (2001) Retinal prosthesis: an encouraging first decade with major challenges ahead. Ophthalmology 108:13–14
Rosahi SK, Mark G, Herzog M, Pantazis C, Ghaarabaghi F, Matthies C, Brinker T, Samii M (2001) Far-field responses to stimulation of the cochlear nucleus by microsurgically placed penetrating and surface electrodes in the cat. J Neurosurg 95:845–852
Sakaguchi H, Fujikado T, Fang XY, Kanda H, Osanai M, Nakauchi K, Ikuno Y, Kamei M, Yagi T, Nishimura S, Ohji M, Yagi T, Tano Y (2004) Transretinal electrical stimulation with a suprachoroidal multichannel electrode in rabbit eyes. Jpn J Ophthalmol 48:256–261
Sakaguchi H, Fujikado T, Kanda H, Osanai M, Fang XY, Nakauchi K, Ikuno Y, Kamei M, Ohji M, Yagi T, Tano Y (2004) Electrical stimulation with a needle type electrode placed into the optic nerve in rabbit eyes. Jpn J Ophthalmol 48:552–557
Santos A, Humayun MS, de Juan E Jr, Greenberg BJ, Marsh MJ, Klock IB, Milam AH (1997) Preservation of the inner retina in retinitis pigmentosa. Arch Ophthalmol 115:511–515
Sawa M, Saito Y, Hayashi A, Kusaka S, Ohji M, Tano Y (2001) Assessment of nuclear sclerosis after nonvitrectomizing vitreous surgery. Am J Ophthalmol 132:356–362
Schwahn HN, Gekeler F, Kohler K, Kobuch K, Sachs HG, Schulmeyer F, Jakob W, Gabel VP, Zrenner E (2001) Studies on the feasibility of a subretinal visual prosthesis: data from Yucatan micropig and rabbit. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol 239:961–967
Sugiyama T, Hara H, Oku H, Nakatsuji S, Okuno T, Sasaoka M, Ota T, Ikeda T (2001) Optic cup enlargement followed by reduced optic nerve head circulation after optic nerve stimulation. Invest Ophthalmol Vis Sci 42:2843–2848
Varela HJ, Hernandez MR (1997) Astrocyte responses in human optic nerve head with primary open-angle glaucoma. J Glaucoma 6:303–313
Veraart C, Raftopoulos C, Mortimer JT, Delbeke J, Pins D, Michaux G, Vanlierde A, Parrini S, Wanet-Defalque MC (1998) Visual sensations produced by optic nerve stimulation using an implanted self-sizing spiral cuff electrode. Brain Res 813:181–186
Veraart C, Wanet-Defalque MC, Gérard B, Vanlierde A, Delbeke J (2003) Pattern recognition with the optic nerve visual prosthesis. Artif Organs 27:996–1004
Walter P, Szurman P, Vobig M, Berk H, Ludtke-Handjery HC, Richter H, Mittermayer C, Heimann K, Sellhaus B (1999) Successful long-term implantation of electrically inactive epiretinal microelectrode arrays in rabbits. Retina 19:546–552
Water P, Heimann K (2000) Evoked cortical potentials after electrical stimulation of the inner retina in rabbits. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol 238:315–318
Williamson TH, Poon W, Whitefield L, Strothidis N, Javcock P, Strothoudis N (2003) A pilot study of pars plana vitrectomy, intraocular gas, and radial neurotomy in ischaemic central retinal vein occlusion. Br J Ophthalmol 87:1126–1129