ما كان خيالًا علميًا أصبح الآن حقيقة علمية: من خلال سلسلة من الضربات الكهربائية الموجهة إلى الحبل الشوكي ، سار تسعة أشخاص مشلولين على الفور مرة أخرى بمساعدة روبوت. بعد خمسة أشهر ، لم يعد نصف المشاركين بحاجة إلى تلك الانقباضات للمشي.
هل تبدو الجملة مألوفة بعض الشيء؟ النتائج بحد ذاتها - رغم أنها مثيرة للإعجاب بشكل لا يمكن إنكاره وتغير مجرى الحياة تمامًا - قد تبدو وكأنها أخبار قديمة. بفضل التحسينات في تصاميم غرسات الدماغ ، شهد العقد الماضي تقدمًا مذهلاً في استعادة القدرة على الحركة للأشخاص المصابين بالشلل. عام 2018 ، رجل يبلغ من العمر 29 عامًا مشى طول من ملعب كرة قدم بأكمله بفضل بضع نقرات على النخاع الشوكي ، بعد سنوات من الشلل من حادث عربة جليد. العام الماضي ، تحفيز النخاع الشوكي ساعد العديد من الناس مع الشلل التام للتجول في منطقة وسط المدينة المزدحمة مع المشاة وقوارب الكاياك في المياه الهادئة.
ليس هناك شك في أن تحفيز الحبل الشوكي حول إصابة لم يكن من الممكن إصلاحها في السابق إلى إصابة يمكن الآن عكسها. لكن يبقى السؤال الذي يلوح في الأفق: لماذا تعمل؟
A دراسة جديدة in الطبيعة فقط أعطانا بعض القرائن. قام الفريق ببناء خريطة جزيئية ثلاثية الأبعاد للحبل الشوكي أثناء تعافيه من الإصابة ، ووجد مجموعة غامضة من الخلايا العصبية في ضواحيه. إنها غريبة. عادة ، هذه الخلايا العصبية ليست مطلوبة للمشي. ولكن في حالات إصابة الحبل الشوكي ، بعد بضع هزات كهربائية ، تنفجر بنشاط ، وتعيد تنظيمها في طرق سريعة عصبية جديدة تساعد على استعادة الحركات.
إن تحديد هذه الخلايا العصبية ليس مجرد فضول علمي. من خلال فهم كيفية عملها ، يمكننا الاستفادة من اتصالاتهم الكهربائية وعملهم الجزيئي الداخلي لتطوير علاجات أكثر تطوراً للشلل.
"مقدار الأمل الذي يمنحه للأشخاص الذين يعانون من إصابات في النخاع الشوكي لا يُصدق ،" محمد الدكتور مارك روتنبرغ من جامعة كوينزلاند ، والذي لم يشارك في الدراسة.
إلى الدكاترة. Kee Wui Huang و Eiman Azim من معهد Salk للعلوم البيولوجية ، الذين لم يشاركوا في الدراسة ، تظهر النتائج أن معالجة إصابة الحبل الشوكي تتطلب تبني زوايا متعددة: تحسين تقنية الزرع - قلب الجهود السابقة - هو جانب واحد فقط من القصة. النصف الآخر المهم هو تحليل البيولوجيا العصبية للشفاء.
الدراسة الجديدة يدل على أن "الخرائط الجزيئية عالية الدقة للجهاز العصبي بدأت في توفير الأخير."
سد الفجوة
أحب تصوير الحبل الشوكي كطريق سريع مزدحم بين الولايات. يحتوي كل قسم على عدة مسارات عصبية إقليمية أصغر تؤدي إلى أجزاء مختلفة من الجسم. باعتباره المعلومات الرئيسية في الخط ، ينقل الحبل الشوكي الإشارات من الدماغ إلى باقي أجزاء الجسم. يمكن أن يؤدي السقوط السيئ أو حادث السيارة أو الإصابة الرياضية إلى إتلاف هذا الطريق السريع. على غرار حاجز الطريق ، فإن حركة المرور الكهربائية التي ترسل الأوامر إلى العضلات - وتلقي ردود الفعل الحسية - لم يعد من الممكن أن تتدفق من خلالها.
ولكن ماذا لو تمكنا من سد تلك الطرق بشكل مصطنع مع غرسة؟
منذ ما يقرب من نصف عقد ، بدأ العلماء في تجربة تقنية تسمى التحفيز الكهربائي فوق الجافية (EES). يتكون الجهاز من عدة أقطاب كهربائية ويتم إدخاله مباشرة فوق الغشاء الخارجي الذي يغلف ويحمي النخاع الشوكي. يعمل كجسر اصطناعي يتجاوز البقعة المصابة. يمكن لبضع هزات أن تنشط الخلايا العصبية في الأجزاء السليمة من الحبل الشوكي وتوصيل إشارات إلى مسارات الأعصاب القريبة.
قال هوانغ وعزيم إنه في حين أنه أحد العلاجات القليلة التي حققت "تغييرات ملحوظة في الأداء" ، فقد واجهت EES عدة نكسات. كان أحدهما تصميم الزرع دون المستوى الأمثل ، حيث لم يتمكنوا من استهداف أجزاء من النخاع الشوكي الضرورية للمشي. وكان آخر برنامج مدعوم بخوارزميات لا تحفز الحبل الشوكي بطرق تحاكي نبضاته الكهربائية الطبيعية. ومن المفارقات ، أن هذه التصميمات قد تكون "معطلة للإشارات الحسية التي تعزز التعافي" ، كما قال هوانغ وعزيم.
من الرجال إلى الفئران
للتعرف على كيفية مساعدة EES للأشخاص على التعافي من الشلل ، اتبعت الدراسة الجديدة نهجًا غير تقليدي: قاموا أولاً باختبار جهاز ونمط تحفيز في مرضى الشلل. بعد التأكد من تحسنها ، أعاد الفريق صياغة العلاج في الفئران ذات الإصابات المماثلة لتثبيط الخلايا المسؤولة عن الشفاء. النموذج هو خروج جذري عن إجراءات البحث النموذجية ، والتي تبدأ بنماذج الفئران قبل الانتقال إلى البشر.
لكن الفريق بقيادة د. لكل من غريغوار كورتين ، أستاذ علم الأعصاب في EPFL ، وجوسلين بلوخ ، جراح الأعصاب في مستشفى جامعة لوزان (CHUV) ، أسبابهما. كلا العالمين ليسا غريباً عن مكافحة الشلل. يقود ال استعادة الأعصاب البرنامج ، فقد كانوا في طليعة هندسة زراعة النخاع الشوكي لمساعدة المرضى على استعادة القدرة على الحركة.
في هذه الدراسة ، قاموا أولاً بتحفيز تسعة أشخاص يعانون من شلل حاد أو كامل مع EES كجزء من a التجارب السريرية. ستة لديهم بعض الإحساس في أرجلهم ؛ الثلاثة الآخرون لم يكن لديهم أي شيء. كان لدى المجموعتين أجهزة مختلفة مزروعة ، حيث تلقت المجموعة الأولى تكييفًا لعلاج الألم ، وتم تطوير الثانية على وجه التحديد لتحفيز المشي. باستخدام نمط تحفيز مشابه لإشارات الحبل الشوكي الطبيعية ، قام المشاركون على الفور بتحسين أو استعادة قدرتهم على المشي ، بمساعدة روبوت لدعم وزنهم. مع خمسة أشهر أخرى من التدريب ، تعلموا تدريجيًا أن يدعموا وزنهم ويمكنهم حتى المشي في الهواء الطلق بمساعدة.
لكن لماذا؟ من المثير للدهشة أن الفريق وجد أن EES جنبًا إلى جنب مع إعادة التأهيل البدني قلل من الطاقة اللازمة لأجزاء من الحبل الشوكي التي تتحكم في المشي. بدلاً من إشراك جميع الخلايا العصبية في النخاع الشوكي ، يبدو أن EES تتكيف فقط مع مجموعة مختارة من الخلايا العصبية - تلك الخلايا الحاسمة لمساعدة المرضى على المشي مرة أخرى.
خريطة جزيئية للتعافي
ما هي هذه الخلايا العصبية الغامضة؟
بالحفر بشكل أعمق ، أعاد الفريق إجراء العلاج في الفئران المصابة بالشلل (ونعم ، تضمن روبوتًا بحجم فأر مصمم خصيصًا للمساعدة في دعم وزن جسمهم.) على غرار البشر ، استعادت الفئران على الفور قدرتها على المشي مع تشغيل EES .
وأثناء تعافيهم ، أخذ الفريق عينات من النخاع الشوكي وسلسل الجينات في أكثر من 80,000 ألف خلية فردية من 24 فأرًا لمعرفة الجينات التي تم تنشيطها. كان الموقع عاملاً أساسيًا: حدد المسح الجينات بناءً على موقع كل خلية في الحبل الشوكي ، والتي شكلت معًا أول خريطة جزيئية للتعافي.
قد تفكر في أنها عملاق من قاعدة البيانات. لحسن الحظ ، كان الفريق قد طور سابقًا خوارزمية للتعلم الآليم التي تساعد في تحليل البيانات. جوهر waلمطابقة ملامح التعبير الجيني بخلايا معينة في مواقف بيولوجية مختلفة. مجموعة معينة من الخلايا تسمى وقفت V2a خارج. تم دمج هذه الخلايا العصبية في منطقة الحبل الشوكي والتي تعتبر مهمة بشكل خاص للمشي ، وعلى الرغم من أنها لم تكن مطلوبة للمشي قبل الإصابة ، إلا أنها بدت وكأنها تزداد نشاطًا بعد EES.
خلايا V2a هي حراس بوابات قوية لاستعادة الحبل الشوكي. في الاختبارات اللاحقة ، أدى خفض نشاطها باستخدام علم البصريات الوراثي - وهي طريقة للتحكم في الخلايا العصبية بالضوء - إلى تثبيط تعافي الحبل الشوكي.
قال هوانغ وعزيم: إنه يُظهر أن "أنواعًا معينة من الخلايا العصبية في النخاع الشوكي التي فقدت مدخلاتها من الدماغ بعد الإصابة يمكن" إعادة إيقاظها "أو إعادة توجيهها لاستعادة الحركة إذا تم إعطاؤها المزيج المناسب من التحفيز وإعادة التأهيل.
خلايا V2a ليست رصاصة فضية في علاج إصابات النخاع الشوكي والشلل. وجدت الدراسة العديد من الخلايا العصبية الأخرى - ذات التوقيعات الجينية المتنوعة - التي تنشط مع EES. إن كيفية تجاوز الدماغ لإصابة الحبل الشوكي لإعادة بناء الاتصال بينهما هو لغز أكثر عمقًا. ما إذا كانت نفس الخلايا العصبية تساعد في استعادة الاحتياجات الجسدية اليومية الأخرى - التحكم في المثانة والأمعاء ، على سبيل المثال - لا يزال غير معروف ، ولكن بعد ذلك على قائمة الفريق للدراسة. تحقيقا لهذه الغاية ، أطلق المؤلف الرئيسي شركة ناشئة تسمى فصاعدا لبدء تجربة جديدة في العامين المقبلين.
الصورة الائتمان: geralt / 23803 صور
