Faisabilité de la stimulation neurovasculaire du nerf fémoral par une électrode en grillage déployée dans l’artère fémorale

Ces dernières années, la stimulation électrique des nerfs périphériques en tant que traitement pour restaurer les fonctions nerveuses endommagées a progressivement suscité l’attention. Les réseaux d’électrodes traditionnels nécessitent généralement une implantation par chirurgie invasive, ce qui constitue un fardeau important pour les patients. Par conséquent, les réseaux d’électrodes en grillage déployés par voie vasculaire, en tant qu’alternative moins invasive, ont montré un énorme potentiel. Cette étude vise à examiner la faisabilité de la stimulation du nerf fémoral par un réseau d’électrodes en grillage déployé par voie vasculaire et à comparer ses performances à celles d’un cathéter de stimulation cardiaque commercialisé.

Contexte et objectif de l’étude

La stimulation électrique des nerfs périphériques a été utilisée pour traiter les troubles de la fonction nerveuse qui ne peuvent pas être guéris par la pharmacothérapie conventionnelle, comme l’épilepsie réfractaire et la dépression. En outre, cette technique a été utilisée pour étudier les applications dans le traitement des maladies inflammatoires de l’intestin, des troubles musculo-squelettiques, de la gestion de la douleur chronique et pour fournir un retour sensoriel aux prothèses. Cependant, la procédure d’implantation invasive des réseaux d’électrodes traditionnels a limité leur application pratique comme traitement à long terme.

Cette étude vise à combler le vide d’application des réseaux d’électrodes en grillage déployés par voie vasculaire dans le système nerveux périphérique, dans l’espoir d’offrir une option de traitement plus pratique et plus sûre grâce à la technologie vasculaire.

Source de l’étude et informations sur les auteurs

Cette recherche a été menée conjointement par Jingyang Liu (étudiant), David B. Grayden, Janet R. Keast, Lindsea C. Booth, Clive N. May et Sam E. John. L’approbation éthique a été accordée par le Florey Institute of Neuroscience and Mental Health à Melbourne, Australie (numéro d’approbation éthique : 21-065-FINMH). L’étude a été publiée dans le Journal of Neural Engineering.

Détails de la procédure de recherche

Conception expérimentale et procédures opérationnelles

1. Sujets expérimentaux et traitement anesthésique

   • Après approbation, quatre brebis femelles australiennes ont été sélectionnées pour l’expérience.
   • Pendant la chirurgie, les animaux ont été anesthésiés avec de l’isoflurane et ventilés mécaniquement par intubation.
   • Des analgésiques et des antibiotiques ont été administrés pour assurer la stabilité des animaux pendant la chirurgie.

2. Implantation des électrodes et procédures expérimentales

   • L’artère fémorale a été exposée par chirurgie, et une gaine de cathéter a été insérée dans l’artère fémorale pour guider l’implantation du cathéter de stimulation cardiaque et du réseau d’électrodes en grillage.
   • Dans l’expérience initiale, un cathéter de stimulation quadripolaire a été utilisé pour stimuler le nerf fémoral, et l’électromyogramme (EMG) du muscle quadriceps fémoral et le neurogramme (ENG) des branches distales du nerf fémoral ont été enregistrés.
   • Le cathéter de stimulation a ensuite été retiré, et un réseau d’électrodes en grillage bipolaire a été implanté, répétant le processus d’enregistrement expérimental.
   • Pendant la stimulation, les seuils de réponse et les courbes d’intensité-durée ont été mesurés pour différentes largeurs d’impulsion et intensités d’impulsion.

3. Traitement et analyse des données

   • Les données EMG et ENG ont été traitées avec MATLAB, filtrées pour supprimer les interférences et les artefacts.
   • L’intensité de stimulation minimale statistiquement significative a été criblée, et le seuil de l’électrochoc, la charge totale injectée et la densité de charge ont été calculés.

4. Examen histologique

   • À la fin de l’expérience, des échantillons de tissus ont été prélevés pour un examen histologique afin d’analyser la relation spatiale entre les électrodes et les nerfs, ainsi que leur impact sur les tissus environnants.

Résultats expérimentaux et discussion

1. Faisabilité de la stimulation électrique

   • L’étude a confirmé la faisabilité de la stimulation électrique du nerf fémoral en utilisant un réseau d’électrodes en grillage, capable de provoquer des réponses musculaires et nerveuses robustes, avec une intensité de réponse similaire à celle d’un cathéter de stimulation commercialisé.

2. Courant de seuil et densité de charge

   • Les courants de seuil pour déclencher une réponse avec le réseau d’électrodes en grillage étaient généralement plus élevés que ceux du cathéter de stimulation, mais en réduisant la largeur d’impulsion à 100 μs, la densité de charge a été considérablement réduite jusqu’à une plage sûre.
   • L’analyse des courbes d’intensité-durée a montré que les trois paramètres clés (rhéobase, chronaxie et charge totale injectée) du réseau d’électrodes en grillage étaient proches de ceux du cathéter de stimulation.

3. Impact sur les tissus et l’équipement à long terme

   • Bien que cette étude se soit concentrée sur les expériences aiguës, la stabilité et l’innocuité à long terme du réseau d’électrodes en grillage implanté devront être examinées.
   • En ce qui concerne le choix des matériaux d’électrode et la conception des structures d’électrode à la surface des tissus, on pourrait envisager un plus grand nombre et une plus grande surface d’électrodes, ainsi qu’une structure poreuse accrue à la surface des électrodes pour améliorer la densité de charge et réduire les réactions électrochimiques irréversibles potentielles dues à une implantation à long terme.

Conclusion et signification de l’étude

Cette étude in vivo a démontré la faisabilité et l’efficacité de l’utilisation d’un réseau d’électrodes en grillage déployé par voie vasculaire pour la stimulation électrique des nerfs périphériques, ouvrant de nouvelles perspectives pour explorer des interfaces nerveuses périphériques moins invasives. Les recherches futures évalueront davantage la stabilité à long terme des électrodes en grillage, l’impact de l’implantation sur les tissus locaux et la faisabilité de l’enregistrement des signaux nerveux périphériques.

Points forts de l’étude

1. Première application d’un réseau d’électrodes en grillage déployé par voie vasculaire pour la stimulation des nerfs périphériques

   • A démontré la faisabilité technique et l’innocuité de la stimulation des nerfs périphériques par un réseau d’électrodes en grillage déployé par voie vasculaire.

2. Comparaison des performances avec un cathéter de stimulation cardiaque commercialisé

   • Dans la gamme des paramètres d’application clinique, le réseau d’électrodes en grillage a montré des effets de stimulation électrique similaires, suggérant son utilisation en tant qu’alternative moins invasive.

3. Optimisation des paramètres de stimulation électrique

   • Les courbes d’intensité-durée ont montré qu’en réduisant la largeur d’impulsion, on pouvait efficacement diminuer le seuil de charge et la densité de charge, réduisant ainsi davantage le risque de lésions tissulaires.

4. Perspectives de recherche future

   • A souligné l’importance des recherches futures sur l’exploration de l’impact à long terme sur les tissus locaux et l’hémodynamique, les progrès de la technologie des stimulateurs sans fil, etc.