See, mis oli ulme, on nüüdseks teaduslik reaalsus: seljaaju sihitud elektrilöögiga läksid üheksa halvatut kohe uuesti roboti abiga kõndima. Viis kuud hiljem ei vajanud pooled osalejad enam kõndimiseks neid sappe.
Kas lause kõlab natuke tuttavalt? Iseenesest võivad tulemused – kuigi vaieldamatult muljetavaldavad ja elumuutvad – tunduda vana uudisena. Tänu ajuimplantaatide disaini täiustamisele on viimasel kümnendil tehtud hämmastavaid edusamme halvatud inimeste liikuvuse taastamisel. 2018. aastal 29-aastane mees kõndis pikkust terve jalgpalliväljak tänu mõnele seljaaju löögile pärast aastaid kestnud mootorsaaniõnnetuse halvatust. Eelmisel aastal seljaaju stimulatsioon aidanud mitut inimest täieliku halvatusega, et jalutada jalutuskäru ja süstaga sujuvas vees elavas kesklinna piirkonnas ringi jalutada.
Pole kahtlust, et seljaaju stimulatsioon muutis kunagise parandamatu vigastuse selliseks, mida saab nüüd tagasi pöörata. Kuid jääb õhku kerkiv küsimus: miks see töötab?
A Uues uurimuses in loodus andis meile lihtsalt vihjeid. Vigastusest taastuva seljaaju 3D-molekulaarkaardi koostamisel leidis meeskond selle äärealadelt salapärase rühma neuroneid. Nad on omapärased. Tavaliselt pole neid neuroneid kõndimiseks vaja. Kuid seljaaju vigastuse korral puhkevad nad pärast mõnda elektrilist põrutust aktiivsusest, reorganiseerides end uuteks närviteedeks, mis aitavad liigutusi taastada.
Nende neuronite tuvastamine ei ole lihtsalt teaduslik uudishimu. Mõistes, kuidas nad töötavad, saaksime kasutada nende elektrilist sidet ja sisemist molekulaarset tööd, et töötada välja veelgi keerukamad halvatuse ravimeetodid.
"See lootuse hulk, mida see seljaaju vigastusega inimestele annab, on uskumatu," ütles Dr Marc Ruitenberg Queenslandi ülikoolist, kes ei osalenud uuringus.
Dr. Kee Wui Huang ja Eiman Azim Salki Bioloogiateaduste Instituudist, kes ei osalenud uuringus, näitavad tulemused, et seljaaju vigastuse vastu võitlemine nõuab mitme nurga kasutamist: implantaaditehnoloogia täiustamine – varasemate jõupingutuste tuum – on vaid üks pool. loost. Taastumise neurobioloogia analüüsimine on teine kriitiline pool.
Uus uuring näitab, et "Närvisüsteemi kõrge eraldusvõimega molekulaarkaardid hakkavad viimast pakkuma."
Lõhe ületamine
Mulle meeldib kujutada seljaaju sumiseva osariikidevahelise maanteena. Igal sektsioonil on mitu väiksemat piirkondlikku närviteed, mis viivad keha erinevatesse osadesse. Peamise teabekanalina edastab seljaaju signaale ajust ülejäänud kehale. Halb kukkumine, autoõnnetus või spordivigastus võivad maanteed kahjustada. Sarnaselt teetõkkega ei saa lihastele käsklusi saatv ja sensoorset tagasisidet saav elektriliiklus enam läbi voolata.
Aga mis siis, kui me suudaksime implantaadiga kunstlikult ületada need maanteede varingud?
Umbes pool kümnendit tagasi hakkasid teadlased katsetama tehnikat, mida nimetatakse epiduraalseks elektriliseks stimulatsiooniks (EES). Seade on valmistatud mitmest elektroodist ja on sisestatud just välimise membraani kohale, mis kapseldab ja kaitseb seljaaju. See toimib kunstliku sillana, mis möödub vigastatud kohast. Mõned põrutused võivad aktiveerida neuroneid seljaaju tervetes osades ja edastada signaale lähedalasuvatele närviteedele.
Kuigi see on üks väheseid ravimeetodeid, mis on saavutanud "märkimisväärseid muutusi jõudluses", on EES seisnud silmitsi mitmete tagasilöökidega, ütlesid Huang ja Azim. Üks neist oli ebaoptimaalne implantaadi disain, kuna need ei saanud sihtida kõndimiseks vajalikke seljaaju osi. Teine oli tarkvara, mille toiteallikaks olid algoritmid, mis ei stimuleerinud seljaaju viisil, mis jäljendas selle loomulikke elektriimpulsse. Irooniline, et need kujundused võivad olla "häiritud sensoorsed signaalid, mis soodustavad taastumist," ütles Huang ja Azim.
Meestelt hiirteni
Et saada aru, kuidas EES aitab inimestel paralüüsist taastuda, kasutati uues uuringus ebatavalist lähenemist: esmalt testiti seadet ja stimulatsioonimustrit halvatud patsientidel. Pärast nende paranemise kinnitamist taastas meeskond ravi sarnaste vigastustega hiirtel, et naelutada taastumise eest vastutavad rakud. Paradigma on radikaalne kõrvalekalle tüüpilistest uurimistöödest, mis algavad hiirte mudelitega enne inimestesse siirdumist.
Kuid meeskond eesotsas Drs. EPFLi neuroteaduste professoril Grégoire Courtine'il ja Lausanne'i ülikooli haigla (CHUV) neurokirurgil Jocelyne Blochil on oma põhjused. Mõlemale teadlasele pole halvatuse vastu võitlemine võõras. Juhtides NeuroRestore Programmi raames on nad olnud esirinnas seljaajuimplantaatide väljatöötamisel, et aidata patsientidel liikumisvõimet taastada.
Selles uuringus stimuleerisid nad esmalt üheksat raske või täieliku halvatusega inimest EES-iga osana a kliinilises uuringus. Kuuel oli jalgades mingi tunne; ülejäänud kolmel polnud ühtegi. Kahele rühmale oli implanteeritud erinev riistvara, esimene sai valuraviks kohandatud ja teine arenes välja spetsiaalselt kõndimise stimuleerimiseks. Kasutades tavapäraste seljaaju signaalidega sarnast stimulatsioonimustrit, parandasid osalejad oma kehakaalu toetava roboti abil kohe oma kõndimisvõimet või taastusid need. Veel viis kuud treenides õppisid nad tasapisi oma keharaskust toetama ja said abiga isegi õues kõndida.
Aga miks? Üllataval kombel leidis meeskond, et EES koos füüsilise taastusraviga vähendas kõndimist kontrollivate seljaaju osade jaoks vajalikku energiat. Selle asemel, et kaasata kõik seljaaju neuronid, näib, et EES on kohandatud ainult teatud rühma neuronitele, mis on olulised, et aidata patsientidel uuesti kõndida.
Taastumise molekulaarne kaart
Mis on need salapärased neuronid?
Sügavamale kaevates tegi töörühm uuesti halvatud hiirte ravi (ja jah, see sisaldas eritellimusel valmistatud hiiresuurust robotit, mis aitas nende kehakaalu toetada.) Sarnaselt inimestele taastasid hiired kohe sisselülitatud EES-iga kõndimisvõime. .
Toibudes võttis meeskond proove seljaajust ja sekveneeris geene enam kui 80,000 24 üksikus rakus XNUMX hiirelt, et näha, millised geenid aktiveeriti. Asukoht oli võtmetähtsusega: uuring kaardistas geenid iga raku asukoha põhjal seljaajus, mis koos moodustasid esimese taastumise molekulaarse kaardi.
Võib-olla arvate, et see on andmebaasi äpardus. Õnneks oli meeskond varem välja töötanud masinõppe algoritmim, mis aitab andmeid analüüsida. Tuum was sobitada geeniekspressiooniprofiilid teatud rakkudega erinevates bioloogilistes olukordades. Üks konkreetne rakupopulatsioon kutsutud V2a seisis välja. Need neuronid olid põimitud seljaaju piirkonda, mis on kõndimiseks eriti oluline, ja kuigi neid ei olnud enne vigastust kõndimiseks vaja, näis nende aktiivsus pärast EES-i suurenemist.
V2a rakud on seljaaju taastumise võimsad väravavahid. Järgmistes testides pärssis nende aktiivsuse vähendamine optogeneetika abil – neuronite valgusega kontrollimise viisi – ka seljaaju taastumist.
See näitab, et "teatud tüüpi seljaaju neuroneid, mis on pärast vigastust kaotanud oma sisendi ajust, saab "taas äratada" või taaskasutada liikumist taastama, kui neile antakse sobiv stimulatsiooni ja taastusravi kombinatsioon, " ütlesid Huang ja Azim.
V2a rakud on vaevalt hõbekuuli seljaaju vigastuste ja halvatuse raviks. Uuringus leiti palju teisi neuroneid, millel on erinevad geneetilised signatuurid, mis aktiveeruvad EES-iga. See, kuidas aju seljaaju vigastusest mööda läheb, et taastada nende ühendus, on veelgi sügavam mõistatus. Kas samad neuronid aitavad taastada ka muid igapäevaseid kehalisi vajadusi – näiteks põie ja soolestiku kontrolli –, pole veel teada, kuid see on töörühma nimekirjas järgmine. Selleks on juhtiv autor käivitanud idufirma nimega LÄBI järgmise kahe aasta jooksul alustada uut katset.
Image Credit: geralt / 23803 pilti
