Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Cấy ghép kích thích vi mô trong tủy sống có độ ổn định cơ học cho việc chuyển giao sang người
Tóm tắt
Mục tiêu của nghiên cứu này là phát triển các cấy ghép kích thích vi mô trong tủy sống (ISMS) ổn định để sử dụng cho con người nhằm phục hồi khả năng đứng và đi lại sau khi bị chấn thương tủy sống. ISMS kích hoạt điện các mạng lưới vận động trong khu vực thắt lưng của tủy sống. Ở động vật, ISMS cho kết quả chức năng tốt hơn so với các can thiệp khác, và những nỗ lực gần đây đã tập trung vào việc chuyển đổi phương pháp này sang người. Nghiên cứu này đã sử dụng lợn nhà để: (1) định lượng chuyển động và thay đổi độ dài của khu vực cấy ghép trong tủy sống trong các chuyển động gập và duỗi đốt sống; và (2) đo lực gây ra sự rời khỏi vị trí của các điện cực ISMS. Sự dịch chuyển của khu vực cấy ghép tủy sống là 5.66 ± 0.57 mm so với điểm cố định cấy ghép trên cột sống. Thay đổi tổng độ dài của vùng cấy ghép trong tủy sống là 5.64 ± 0.59 mm. Các lực khiến điện cực bị rời khỏi là 60.9 ± 35.5 mN. Dựa trên các kết quả này, sáu loại cuộn dây khác nhau đã được chế tạo và khả năng giảm tải của chúng được đánh giá. Khi được đặt giữa các điện cực và bộ kích thích, năm loại cuộn dây đã thành công trong việc ngăn chặn sự rời khỏi vị trí của các điện cực. Kết quả của nghiên cứu này sẽ hướng dẫn thiết kế các cấy ghép ISMS có độ ổn định cơ học cho việc sử dụng cuối cùng ở người.
Từ khóa
#cấy ghép kích thích vi mô trong tủy sống #ISMS #chấn thương tủy sống #ổn định cơ học #chuyển giao sang ngườiTài liệu tham khảo
Bamford, J. A., R. M. Lebel, K. Parseyan, and V. K. Mushahwar. The fabrication, implantation and stability of intraspinal microwire arrays in the spinal cord of cat and rat. Trans. Neural Syst. Rehabil. Eng. 2016.
Bamford, J. A., C. T. Putman, and V. K. Mushahwar. Intraspinal microstimulation preferentially recruits fatigue-resistant muscle fibres and generates gradual force in rat. J. Physiol. 569:873–884, 2005.
Bamford, J. A., K. G. Todd, and V. K. Mushahwar. The effects of intraspinal microstimulation on spinal cord tissue in the rat. Biomaterials 31:5552–5563, 2010.
Biran, R., D. C. Martin, and P. A. Tresco. The brain tissue response to implanted silicon microelectrode arrays is increased when the device is tethered to the skull. J. Biomed. Mater. Res. A 82:169–178, 2007.
Busscher, I., J. J. W. Ploegmakers, G. J. Verkerke, and A. G. Veldhuizen. Comparative anatomical dimensions of the complete human and porcine spine. Eur. Spine J. 19:1104–1114, 2010.
Cheng, C., J. Kmech, V. K. Mushahwar, and A. L. Elias. Development of surrogate spinal cords for the evaluation of electrode arrays used in intraspinal implants. IEEE Trans. Biomed. Eng. 60:1667–1676, 2013.
Dennison, C. R., P. M. Wild, D. R. Wilson, and P. A. Cripton. A minimally invasive in-fiber Bragg grating sensor for intervertebral disc pressure measurements. Meas. Sci. Technol. 19:085201, 2008.
Dennison, C. R., P. M. Wild, D. R. Wilson, and M. K. Gilbart. An in-fiber Bragg grating sensor for contact force and stress measurements in articular joints. Meas. Sci. Technol. 21:115803, 2010.
Ersen, A., S. Elkabes, D. S. Freedman, and M. Sahin. Chronic tissue response to untethered microelectrode implants in the rat brain and spinal cord. J. Neural Eng. 12:016019, 2015.
Hachmann, J. T., J. H. Jeong, P. J. Grahn, G. W. Mallory, L. Q. Evertz, A. J. Bieber, D. A. Lobel, K. E. Bennet, K. H. Lee, and J. L. Lujan. Large animal model for development of functional restoration paradigms using epidural and intraspinal stimulation. Plos One 8:e81443, 2013.
Harrison, D. E., R. Cailliet, D. D. Harrison, S. J. Troyanovich, and S. O. Harrison. A review of biomechanics of the central nervous system–part II: spinal cord strains from postural loads. J. Manip. Physiol. Ther. 22:322–332, 1999.
Holinski, B. J. Restoring walking after spinal cord injury. 2013. <https://era.library.ualberta.ca/public/view/item/uuid:0e698e79-b16a-4519-baf7-552a49dda767/>.
Kim, T., A. Branner, T. Gulati, and S. F. Giszter. Braided multi-electrode probes: mechanical compliance characteristics and recordings from spinal cords. J. Neural Eng. 10:045001, 2013.
Kipke, D. R., R. J. Vetter, J. C. Williams, and J. F. Hetke. Silicon-substrate intracortical microelectrode arrays for long-term recording of neuronal spike activity in cerebral cortex. IEEE Trans. Neural Syst. Rehabil. Eng. Publ. IEEE Eng. Med. Biol. Soc. 11:151–155, 2003.
Krompecher, T. Experimental evaluation of rigor mortis V. Effect of various temperatures on the evolution of rigor mortis. Forensic Sci. Int. 17:19–26, 1981.
Lau, B., L. Guevremont, and V. K. Mushahwar. Strategies for generating prolonged functional standing using intramuscular stimulation or intraspinal microstimulation. IEEE Trans. Neural Syst. Rehabil. Eng. Publ. IEEE Eng. Med. Biol. Soc. 15:273–285, 2007.
Louis, R. Vertebroradicular and vertebromedullar dynamics. Anat. Clin. 3:1–11, 1981.
McConnell, G. C., H. D. Rees, A. I. Levey, C. A. Gutekunst, R. E. Gross, and R. V. Bellamkonda. Implanted neural electrodes cause chronic, local inflammation that is correlated with local neurodegeneration. J. Neural Eng. 6:056003, 2009.
Moxon, K. A., S. C. Leiser, G. A. Gerhardt, K. A. Barbee, and J. K. Chapin. Ceramic-based multisite electrode arrays for chronic single-neuron recording. IEEE Trans. Biomed. Eng. 51:647–656, 2004.
Mushahwar, V. K., D. F. Collins, and A. Prochazka. Spinal cord microstimulation generates functional limb movements in chronically implanted cats. Exp. Neurol. 163:422–429, 2000.
Mushahwar, V. K., and K. W. Horch. Selective activation of muscle groups in the feline hindlimb through electrical microstimulation of the ventral lumbo-sacral spinal cord. IEEE Trans. Rehabil. Eng. 8:11–21, 2000.
Nashold, B. S., H. Friedman, J. F. Glenn, J. H. Grimes, W. F. Barry, and R. Avery. Electromicturition in paraplegia. Implantation of a spinal neuroprosthesis. Arch. Surg. Chic. Ill 1960 104:195–202, 1972.
Nashold, B. S., J. Grimes, H. Friedman, J. Semans, and R. Avery. Electrical stimulation of the conus medullaris in the paraplegic. A 5-year review. Appl. Neurophysiol. 40:192–207, 1977.
Oxland, T. R., R. M. Lin, and M. M. Panjabi. Three-dimensional mechanical properties of the thoracolumbar junction. J. Orthop. Res. Off. Publ. Orthop. Res. Soc. 10:573–580, 1992.
Ozawa, H., T. Matsumoto, T. Ohashi, M. Sato, and S. Kokubun. Mechanical properties and function of the spinal pia mater. J. Neurosurg. Spine 1:122–127, 2004.
Peckham, P. H., and J. S. Knutson. Functional electrical stimulation for neuromuscular applications. Annu. Rev. Biomed. Eng. 7:327–360, 2005.
Purves, D., G. J. Augustine, D. Fitzpatrick, L. C. Katz, A. S. LaMantia, J. O. McNamara, and S. M. Williams. The external anatomy of the spinal cord. In: Neuroscience. Sunderland: Sinauer Associates, 2001. <http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK11160/>
Rousche, P. J., and R. A. Normann. Chronic recording capability of the Utah intracortical electrode array in cat sensory cortex. J. Neurosci. Methods 82:1–15, 1998.
Saigal, R., C. Renzi, and V. K. Mushahwar. Intraspinal microstimulation generates functional movements after spinal-cord injury. IEEE Trans. Neural Syst. Rehabil. Eng. 12:430–440, 2004.
Sheng, S. R., X. Y. Wang, H. Z. Xu, G. Q. Zhu, and Y. F. Zhou. Anatomy of large animal spines and its comparison to the human spine: a systematic review. Eur. Spine J. 19:46–56, 2010.
Smit, T. H. The use of a quadruped as an in vivo model for the study of the spine—biomechanical considerations. Eur. Spine J. 11:137–144, 2002.
Smith, J. O. Physical Audio Signal Processing. New York: W3K Publishing, 2010.
Snow, S., S. C. Jacobsen, D. L. Wells, and K. W. Horch. Microfabricated cylindrical multielectrodes for neural stimulation. IEEE Trans. Biomed. Eng. 53:320–326, 2006.
Szentkuti, L., and J. Bruns. Motoneurons of M. semitendinosus in domestic and wild pigs. A horseradish peroxidase and cord-survey study. Anat. Embryol. (Berl.) 167:213–228, 1983.
Ward, M. P., P. Rajdev, C. Ellison, and P. P. Irazoqui. Toward a comparison of microelectrodes for acute and chronic recordings. Brain Res. 1282:183–200, 2009.
White, A. A., and M. Panjabi. Clinical Biomechanics of the Spine. Philadelphia: Wolters Kluwer, p. 722, 1990.
WHO Spinal cord injury. <http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs384/en/>
Wilke, H. J., J. Geppert, and A. Kienle. Biomechanical in vitro evaluation of the complete porcine spine in comparison with data of the human spine. Eur. Spine J. 20:1859–1868, 2011.
Zhong, Y., and R. V. Bellamkonda. Dexamethasone-coated neural probes elicit attenuated inflammatory response and neuronal loss compared to uncoated neural probes. Brain Res. 1148:15–27, 2007.