WincsNanotrode development for DBS
DBS 的 WincsNanotrode 开发
基本信息
- 批准号:8152082
- 负责人:
- 金额:$ 31.4万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2011
- 资助国家:美国
- 起止时间:2011-08-15 至 2016-05-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:AdenosineAnimal TestingAnimalsAtlasesBrainCarbonCarbon NanotubesCellsClinicComputer softwareCorpus striatum structureCoupledDeep Brain StimulationDetectionDevelopmentDevicesDiseaseDopamineElectrodesEngineeringEpilepsyEssential TremorFamily suidaeFeedbackFoundationsFundingGenerationsGoalsGrantGuidelinesHumanImplantation procedureInstitutional Review BoardsIntraoperative MonitoringLaboratory AnimalsLifeMagnetic Resonance ImagingMeasuresMental DepressionMental disordersModelingMonitorNeurosurgeonNeurotransmittersNoiseNorepinephrineOperative Surgical ProceduresParkinson DiseasePatientsProtocols documentationRattusResearch ProposalsSafetySamplingScanningSerotoninSignal TransductionStructure of subthalamic nucleusSystemTechnologyTelemetryTestingTherapeuticTimeUnited States National Aeronautics and Space AdministrationWireless Technologybaseclinical efficacydesigndigitalimprovedinstrumentationnanofibernervous system disorderneurochemistryneuropathologyneuroregulationneurosurgeryneurotransmitter releasenovelpatient safetysensortool
项目摘要
DESCRIPTION (provided by applicant): Deep brain stimulation (DBS) is an effective neurosurgical approach for a variety of neurological and psychiatric disorders including Parkinson's disease, essential tremor, epilepsy, and depression, among others. This research proposal is intended to advance DBS technology by developing a novel intraoperative monitoring approach based on electrochemical monitoring at the brain-electrode interface by use of carbon nanofiber (CNF) based electrode design. This approach utilizes technology developed at the Mayo Clinic, the Wireless Instantaneous Neurotransmitter Concentration Sensor (WINCS), an instrumentation system that combines digital telemetry with fast-scan cyclic voltammetry (FSCV) and amperometry, coupled to CNF based electrode technology developed at National Aeronautic and Space Administration (NASA) called WINCSnanotrode. Under Mayo IRB approved protocol, WINCS safety and feasibility has already been tested successfully in human patients undergoing DBS neurosurgery. Recently, CNF nanoelectrodes have been shown to be an excellent substrate for electrochemical detection demonstrating ultra high sensitivity, high signal to noise ratio, and rapid sampling, while at the same time providing an improved brain-electrode interface for more efficient stimulation, thereby conserving battery life. By virtue of its sub-second, chemically resolved recording, FSCV is recognized as state-of-the-art for measuring neurotransmitters, including dopamine, serotonin, norepinephrine, and adenosine, in laboratory animals. By correlating the release of neurotransmitter and therapeutic stimulation in real time, Mayo Clinic's WINCS coupled to NASA's WINCSnanotrode will provide a powerful new tool to assess the mechanism of DBS, guiding electrode placement, and testing accuracy and efficiency of stimulation. The three Specific Aims are (1) complete WINCS and WINCSnanotrode development to generate a device that is capable of use in humans for electrochemical sensing, (2) establish WINCSnanotrode approach for intraoperative neurochemical monitoring in a large-animal (pig) model of DBS neurosurgery, and (3) establish WINCS and WINCSnanotrode approach for intraoperative neurochemical monitoring in humans during DBS neurosurgery. We believe that WINCS and WINCSnanotrode technology engenders great potential to identify specific targets for DBS, to streamline the already long and difficult implantation procedure, to assess efficiency of stimulation parameter, and to improve the accuracy and efficiency of stimulating electrode.
PUBLIC HEALTH RELEVANCE: Deep brain stimulation (DBS) is an effective neurosurgical treatment for Parkinson's disease and other debilitating neuropathologies. The goal of this proposal is to develop a robust carbon nanofiber based electrochemical electrode capable of use in human DBS patients.
描述(由申请人提供):深部脑刺激(DBS)是一种有效的神经外科方法,用于治疗各种神经和精神疾病,包括帕金森病、特发性震颤、癫痫和抑郁症等。 本研究提案旨在通过开发一种新颖的术中监测方法来推进 DBS 技术,该方法基于使用基于碳纳米纤维 (CNF) 的电极设计对脑电极界面进行电化学监测。 这种方法利用了 Mayo Clinic 开发的技术,即无线瞬时神经递质浓度传感器 (WINCS),这是一种将数字遥测技术与快速扫描循环伏安法 (FSCV) 和电流分析法相结合的仪器系统,与美国国家航空航天局开发的基于 CNF 的电极技术相结合。太空总署 (NASA) 称为 WINCSnanotrode。 根据 Mayo IRB 批准的方案,WINCS 的安全性和可行性已在接受 DBS 神经外科手术的人类患者中成功进行了测试。 最近,CNF纳米电极已被证明是电化学检测的优异基材,具有超高灵敏度、高信噪比和快速采样能力,同时提供改进的脑电极接口以实现更有效的刺激,从而节省电池生活。 凭借其亚秒级化学解析记录,FSCV 被认为是测量实验动物神经递质(包括多巴胺、血清素、去甲肾上腺素和腺苷)的最先进技术。 通过实时关联神经递质的释放和治疗刺激,Mayo Clinic 的 WINCS 与 NASA 的 WINCSnanotrode 相结合,将提供强大的新工具来评估 DBS 机制、指导电极放置以及测试刺激的准确性和效率。 三个具体目标是 (1) 完成 WINCS 和 WINCSnanotrode 开发,以生成能够用于人体电化学传感的设备,(2) 建立 WINCSnanotrode 方法,用于 DBS 神经外科大型动物(猪)模型中的术中神经化学监测(3) 建立 WINCS 和 WINCSnanotrode 方法,用于 DBS 神经外科手术期间人体术中神经化学监测。 我们相信WINCS和WINCSnanotrode技术在识别DBS特定目标、简化本已漫长而困难的植入程序、评估刺激参数的效率以及提高刺激电极的准确性和效率方面具有巨大的潜力。
公共健康相关性:深部脑刺激 (DBS) 是治疗帕金森病和其他使人衰弱的神经病变的有效神经外科治疗方法。 该提案的目标是开发一种坚固的碳纳米纤维电化学电极,可用于人类 DBS 患者。
项目成果
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