Se, mikä oli tieteisfiktiota, on nyt tieteellistä todellisuutta: yhdeksän halvaantunutta käveli välittömästi uudelleen robotin avulla, kun selkäytimeen kohdistettiin sähköiskuja. Viisi kuukautta myöhemmin puolet osallistujista ei enää tarvinnut noita sappeja kävelläkseen.
Kuulostaako lause vähän tutulta? Itse tulokset – vaikkakin kiistatta vaikuttavia ja täysin elämää muuttavia – voivat tuntua vanhoilta uutisilta. Aivoimplanttien suunnittelussa tehtyjen parannusten ansiosta viime vuosikymmenellä on tapahtunut hämmästyttävää edistystä halvaantuneiden ihmisten liikkuvuuden palauttamisessa. Vuonna 2018 29-vuotias mies käveli pituutta koko jalkapallokentän selkäytimen muutaman iskun ansiosta, vuosia kestäneen moottorikelkka-onnettomuuden aiheuttaman halvauksen jälkeen. Viime vuonna selkäytimen stimulaatio auttoi useita ihmisiä täysin halvaantuneena kävellä vilkkaalla keskusta-alueella kävelijän ja kajakin kanssa tasaisissa vesissä.
Ei ole epäilystäkään siitä, että selkäytimen stimulaatio muutti kerran korjaamattoman vamman sellaiseksi, joka voidaan nyt korjata. Mutta uhkaava kysymys jää: miksi se toimii?
A uusi tutkimus in luonto antoi meille vain vihjeitä. Rakentaessaan 3D-molekyylikartan selkäytimestä, kun se toipuu vammasta, tiimi löysi salaperäisen ryhmän hermosoluja kätkeytyneenä sen laitamille. Ne ovat omituisia. Normaalisti näitä hermosoluja ei tarvita kävelyyn. Mutta selkäydinvamman tapauksissa ne puhkeavat muutaman sähköiskun jälkeen toimintaan ja järjestyvät uudelleen uusiksi hermoväyliksi, jotka auttavat palauttamaan liikkeet.
Näiden neuronien paikantaminen ei ole vain tieteellinen uteliaisuus. Ymmärtämällä, kuinka ne toimivat, voisimme hyödyntää niiden sähköistä viestintää ja sisäistä molekyylitoimintaa kehittääksemme vieläkin kehittyneempiä halvauksen hoitoja.
"Se toivon määrä, jonka se antaa ihmisille, joilla on selkäydinvamma, on uskomaton", sanoi Tri Marc Ruitenberg Queenslandin yliopistosta, joka ei ollut mukana tutkimuksessa.
Drs. Kee Wui Huang ja Eiman Azim Salk Institute for Biological Sciences -instituutista, jotka eivät olleet mukana tutkimuksessa, tulokset osoittavat, että selkäydinvamman torjunta vaatii useiden kulmien omaksumista: implanttiteknologian parantaminen – aikaisempien ponnistelujen ydin – on vain yksi puoli. tarinasta. Toipumisen neurobiologian jäsentäminen on toinen kriittinen puoli.
Uusi tutkimus osoittaa, että "Hermoston korkearesoluutioiset molekyylikartat alkavat tarjota jälkimmäistä."
Bridging the Gap
Tykkään kuvitella selkäydintä kuhisevana osavaltioiden välisenä moottoritienä. Jokaisessa osassa on useita pienempiä alueellisia hermoreittejä, jotka johtavat kehon eri osiin. Pääasiallisena tiedon läpikulkulinjana selkäydin lähettää signaaleja aivoista muualle kehoon. Huono pudotus, auto-onnettomuus tai urheiluvamma voivat vahingoittaa moottoritietä. Samoin kuin tiesulku, sähköliikenne, joka lähettää lihaksille komentoja ja vastaanottaa sensorista palautetta, ei voi enää kulkea läpi.
Mutta entä jos voisimme keinotekoisesti ylittää nuo tien romahdukset implantilla?
Noin puoli vuosikymmentä sitten tutkijat alkoivat kokeilla tekniikkaa, jota kutsutaan epiduraaliseksi sähköstimulaatioksi (EES). Laite on valmistettu useista elektrodeista ja asetettu juuri selkäytimen uloimman kalvon yläpuolelle, joka kapseloi ja suojaa selkäydintä. Se toimii keinotekoisena siltana, joka ohittaa loukkaantuneen paikan. Muutama tärähdys voi aktivoida hermosoluja selkäytimen terveissä osissa ja välittää signaaleja läheisille hermorateille.
Vaikka se on yksi harvoista hoidoista, jotka ovat saaneet aikaan "merkittäviä muutoksia suorituskyvyssä", EES on kohdannut useita takaiskuja, sanoivat Huang ja Azim. Yksi niistä oli epäoptimaalinen implanttisuunnittelu, koska ne eivät voineet kohdistaa selkäytimen osiin, jotka ovat välttämättömiä kävelylle. Toinen oli ohjelmisto, jota toimivat algoritmit, jotka eivät stimuloineet selkäydintä tavalla, joka matkii sen luonnollisia sähköpulsseja. Ironista kyllä, näillä malleilla saattaa olla "häiriöitä aistisignaaleja, jotka edistävät palautumista", sanoi Huang ja Azim.
Miehistä hiiriin
Saadakseen ytimeen, kuinka EES auttaa ihmisiä toipumaan halvauksesta, uusi tutkimus omaksui epätavallisen lähestymistavan: ensin testattiin laitetta ja stimulaatiomallia halvaantuneilla potilailla. Vahvistettuaan heidän paranemisensa, tiimi loi sitten hoidon uudelleen hiirillä, joilla oli samanlaisia vammoja, jotta toipumisesta vastuussa olevat solut naulatsivat. Paradigma on radikaali poikkeama tyypillisistä tutkimusprosesseista, jotka alkavat hiirimalleilla ennen siirtymistä ihmisiin.
Mutta tiimi, jota johtaa Drs. EPFL:n neurotieteen professorilla Grégoire Courtine ja Lausanne University Hospitalin (CHUV) neurokirurgilla Jocelyne Blochilla on syynsä. Molemmille tiedemiehille ei ole vieras halvauksen torjunta. Johtava NeuroRestore Ohjelmassa he ovat olleet edelläkävijöitä selkäydinimplantien suunnittelussa, joka auttaa potilaita palauttamaan liikkuvuuden.
Tässä tutkimuksessa he ensin stimuloivat yhdeksää ihmistä, joilla oli vakava tai täydellinen halvaus EES:llä osana a Kliinisessä tutkimuksessa. Kuudella oli tunne jaloissaan; kolmella muulla ei ollut yhtään. Molemmille ryhmille oli istutettu eri laitteisto, joista ensimmäinen sai yhden kivunhoitoon mukautetun ja toinen kehitettiin erityisesti kävelyn stimuloimiseksi. Käyttämällä stimulaatiokuviota, joka muistuttaa normaaleja selkäydinsignaaleja, osallistujat paransivat tai palasivat välittömästi kykyään kävellä robotin avulla, joka tuki heidän painoaan. Viiden kuukauden harjoittelun jälkeen he oppivat vähitellen kannattamaan omaa painoaan ja pystyivät jopa kävelemään ulkona avun avulla.
Mutta miksi? Yllättäen tiimi havaitsi, että EES yhdessä fyysisen kuntoutuksen kanssa vähensi energiaa, jota tarvitaan kävelyä sääteleville selkäytimen osille. Sen sijaan, että EES sitoisi kaikki selkäytimen hermosolut, se näyttää räätälöivän vain tiettyä hermosoluryhmää - ne ovat tärkeitä potilaiden auttamiseksi kävelemään uudelleen.
Toipumisen molekyylikartta
Mitä nämä salaperäiset neuronit ovat?
Kaivattuaan syvemmälle, tiimi suoritti hoidon uudelleen halvaantuneilla hiirillä (ja kyllä, se sisälsi mittatilaustyönä tehdyn hiiren kokoisen robotin, joka auttoi tukemaan niiden ruumiinpainoa.) Ihmisten tavoin hiiret saivat välittömästi takaisin kykynsä kävellä EES:n ollessa päällä. .
Kun he toipuivat, ryhmä otti näytteitä selkäytimestä ja sekvensoi geenejä yli 80,000 24 yksittäisestä solusta XNUMX hiirestä nähdäkseen, mitkä geenit aktivoituivat. Sijainti oli avain: tutkimuksessa kartoitettiin geenit kunkin solun sijainnin perusteella selkäytimessä, jotka yhdessä muodostivat ensimmäisen toipumisen molekyylikartan.
Saatat ajatella, että se on tietokannan huijaus. Onneksi tiimi oli aiemmin kehittänyt koneoppimisalgoritinm, joka auttaa analysoimaan tietoja. Ydin was sovittaa geenien ilmentymisprofiilit tiettyihin soluihin erilaisissa biologisissa tilanteissa. Yksi tietty solupopulaatio nimeltään V2a seisoi ulos. Nämä hermosolut olivat upotettuina selkäytimen alueelle, joka on erityisen tärkeä kävelylle, ja vaikka niitä ei vaadittu kävelemiseen ennen vammoja, ne näyttivät nousevan aktiviteetin myötä EES:n jälkeen.
V2a-solut ovat tehokkaita portinvartijoita selkäytimen palautumiselle. Myöhemmissä testeissä niiden aktiivisuuden alentaminen optogenetiikan avulla – tapa hallita hermosoluja valolla – vaimensi myös selkäytimen palautumista.
Se osoittaa, että "tietyntyyppiset selkäytimen hermosolut, jotka ovat menettäneet syöttönsä aivoista vamman jälkeen, voidaan "herättää" uudelleen tai käyttää uudelleen liikkeen palauttamiseksi, jos niille annetaan sopiva yhdistelmä stimulaatiota ja kuntoutusta", sanoi Huang ja Azim.
V2a-solut tuskin ovat hopealuoti selkäydinvammojen ja halvauksen hoitoon. Tutkimuksessa löydettiin lukuisia muita hermosoluja – joilla on erilaisia geneettisiä allekirjoituksia – jotka aktivoituvat EES:n kanssa. Se, kuinka aivot ohittavat selkäydinvamman rakentaakseen yhteyden uudelleen, on vieläkin syvällisempi mysteeri. Vielä ei tiedetä, auttavatko samat neuronit palauttamaan muita päivittäisiä kehon tarpeita - esimerkiksi virtsarakon ja suolen hallintaa -, mutta se on seuraavaksi ryhmän tutkittavana. Tätä tarkoitusta varten johtava kirjoittaja on käynnistänyt käynnistyksen nimeltä ETEENPÄIN aloittaa uusi kokeilu kahden seuraavan vuoden aikana.
Kuva pistetilanne: geralt / 23803 kuvaa
