Ami tudományos-fantasztikus volt, az ma már tudományos valóság: a gerincvelőt célzott elektromos ütések sorozatával kilenc lebénult azonnal újra elindult egy robot segítségével. Öt hónappal később a résztvevők felének már nem volt szüksége ezekre a zacskókra a járáshoz.
Egy kicsit ismerős a mondat? Önmagukban az eredmények – bár tagadhatatlanul lenyűgözőek és teljesen megváltoztatják az életet – régi hírnek tűnhetnek. Az agyimplantátumok fejlesztésének köszönhetően az elmúlt évtizedben elképesztő előrelépés történt a bénult emberek mobilitásának helyreállításában. 2018-ban egy 29 éves férfi végigjárta a hosszt egy egész futballpályát, köszönhetően a gerincvelő néhány ütésének, miután több éven át lebénult egy motorosszán baleset miatt. Tavaly gerincvelő stimuláció több embernek segített teljes bénultsággal sétálni egy nyüzsgő belvárosban sétálóval és kajakkal a sima vizeken.
Kétségtelen, hogy a gerincvelő-stimuláció az egykor helyrehozhatatlan sérülést olyanná változtatta, amely ma már visszafordítható. De továbbra is felmerül a kérdés: miért működik?
A Új tanulmány in Természet csak néhány támpontot adott nekünk. A sérülés után felépülő gerincvelő 3D-s molekuláris térképének elkészítésekor a csapat egy titokzatos neuroncsoportot talált a szélén. Különösek. Normális esetben ezek a neuronok nem szükségesek a járáshoz. Gerincvelő-sérülés esetén azonban néhány elektromos rázkódás után felpörögnek, új idegpályákká alakulnak át, amelyek segítenek helyreállítani a mozgásokat.
Ezeknek a neuronoknak a meghatározása nem csupán tudományos érdekesség. Ha megértjük, hogyan működnek, kiaknázhatjuk elektromos kommunikációjukat és belső molekuláris működésüket, hogy még kifinomultabb kezeléseket fejlesszünk ki a bénulás kezelésére.
"Hihetetlen, mennyi reményt ad a gerincvelő-sérült embereknek" mondott Dr. Marc Ruitenberg a Queenslandi Egyetemen, aki nem vett részt a vizsgálatban.
Drs. Kee Wui Huang és Eiman Azim, a Salk Institute for Biological Sciences munkatársai, akik nem vettek részt a tanulmányban, az eredmények azt mutatják, hogy a gerincvelő-sérülések kezelése több szögből is megköveteli: az implantációs technológia fejlesztése – a korábbi erőfeszítések szíve – csak az egyik oldal. a történetről. A felépülés neurobiológiájának elemzése a másik kritikus fele.
Az új tanulmány azt mutatja, hogy „Az idegrendszer nagy felbontású molekuláris térképei az utóbbit kezdik biztosítani.”
A szakadék áthidalása
Szeretem úgy elképzelni a gerincvelőt, mint egy nyüzsgő államközi autópályát. Mindegyik szakasznak több kisebb regionális idegpályája van, amelyek a test különböző részeihez vezetnek. A gerincvelő, mint fő információs vonal, jeleket továbbít az agyból a test többi részébe. Egy rossz esés, egy autóbaleset vagy egy sportsérülés károsíthatja az autópályát. Az útlezáráshoz hasonlóan az elektromos forgalom, amely parancsokat küld az izmoknak – és szenzoros visszajelzést kap – már nem tud átfolyni.
De mi van, ha mesterségesen áthidalhatnánk azokat az útbeomlásokat egy implantátummal?
Nagyjából fél évtizeddel ezelőtt a tudósok elkezdtek kísérletezni az epidurális elektromos stimulációnak (EES) nevezett technikával. Az eszköz több elektródából áll, és közvetlenül a gerincvelőt tokozó és védő legkülső membrán fölé helyezik. Mesterséges hídként működik, amely megkerüli a sérült helyet. Néhány rázkódás aktiválhatja a neuronokat a gerincvelő egészséges részeiben, és jeleket juttathat el a közeli idegpályákhoz.
Noha ez egyike azon kevés kezeléseknek, amelyek „figyelemreméltó teljesítménybeli változásokat értek el”, az EES számos kudarccal szembesült – mondta Huang és Azim. Az egyik az optimálistól eltérő implantátum-kialakítás volt, mivel nem tudták megcélozni a gerincvelő járáshoz nélkülözhetetlen részeit. Egy másik olyan szoftver volt, amelyet olyan algoritmusok működtettek, amelyek nem stimulálták a gerincvelőt a természetes elektromos impulzusokat utánzó módon. Ironikus módon ezek a tervek „megzavarhatják az érzékszervi jeleket, amelyek elősegítik a helyreállítást” – mondta Huang és Azim.
A férfiaktól az egerekig
Annak érdekében, hogy megértsük, hogyan segíti az EES az embereket a bénulásból való felépülésben, az új tanulmány szokatlan megközelítést alkalmazott: először egy eszközt és egy stimulációs mintát teszteltek bénult betegeken. Miután megerősítették a javulást, a csapat újraalkotta a kezelést hasonló sérülésekkel küzdő egereken, hogy leszögezze a gyógyulásért felelős sejteket. A paradigma gyökeresen eltér a tipikus kutatási eljárásoktól, amelyek egérmodellekkel kezdődnek, mielőtt az emberbe kerülnének.
De a csapat, élén dr. Grégoire Courtine, az EPFL idegtudományi professzora és Jocelyne Bloch, a Lausanne Egyetemi Kórház (CHUV) idegsebésze megvan a maga oka. Mindkét tudós számára nem idegen a bénulás elleni küzdelem. Vezető a NeuroRestore programban élen jártak a gerincvelő-implantátumok tervezésében, hogy segítsenek a betegeknek visszanyerni a mobilitást.
Ebben a tanulmányban először kilenc súlyos vagy teljes bénulásban szenvedő embert stimuláltak EES-sel a klinikai vizsgálat. Hatnak valami érzés volt a lábában; a másik háromnak nem volt. A két csoportba más-más hardvert ültettek be, az elsőbe egy fájdalomcsillapításra adaptált, a másodikba fejlesztettek kifejezetten a járás serkentésére. A normál gerincvelői jelekhez hasonló stimulációs mintát alkalmazva a résztvevők azonnal javították vagy visszanyerték járási képességüket, egy robot segítségével, amely megtámasztotta súlyukat. További öt hónapos edzéssel fokozatosan megtanulták elviselni saját testsúlyukat, és segítséggel akár a szabadban is járhattak.
De miért? Meglepő módon a csapat azt találta, hogy az EES a fizikai rehabilitációval együtt csökkentette a gerincvelő járást irányító részeinek energiáját. Ahelyett, hogy a gerincvelő összes idegsejtjét bevonná, az EES úgy tűnik, hogy csak a neuronok egy kiválasztott csoportjához igazodik – amelyek kritikus fontosságúak ahhoz, hogy a betegek újra járni tudjanak.
A gyógyulás molekuláris térképe
Mik ezek a titokzatos neuronok?
Mélyebbre ásva a csapat megismételte a kezelést bénult egereken (és igen, a testtömegük megtartása érdekében testre szabott egér méretű robotot is tartalmazott.) Az emberekhez hasonlóan az egerek is azonnal visszanyerték járási képességüket bekapcsolt EES mellett. .
Amint felépültek, a csapat mintákat vett a gerincvelőből, és 80,000 egér több mint 24 XNUMX egyedi sejtjében szekvenálták a géneket, hogy megnézzék, mely gének aktiválódtak. A hely kulcsfontosságú volt: a felmérés a géneket az egyes sejtek gerincvelői elhelyezkedése alapján térképezte fel, amelyek együttesen alkották a felépülés első molekuláris térképét.
Lehet, hogy azt gondolja, hogy ez egy adatbázis behemótja. Szerencsére a csapat korábban kifejlesztett egy gépi tanulási algoritmustm, amely segít az adatok elemzésében. A lényeg was illeszteni a génexpressziós profilokat bizonyos sejtekhez különböző biológiai helyzetekben. Egy adott sejtpopuláció hívott V2a állt ki. Ezek a neuronok a gerincvelő azon régiójába ágyazódnak be, amely különösen fontos a járás szempontjából, és bár a sérülés előtt nem volt szükség a járáshoz, úgy tűnt, hogy az EES után megugrott az aktivitás.
A V2a sejtek erőteljes kapuőrök a gerincvelő helyreállításában. A későbbi vizsgálatok során aktivitásuk optogenetika – a neuronok fénnyel történő szabályozásának módja – csökkentése a gerincvelő helyreállítását is visszafogta.
Azt mutatja, hogy „bizonyos típusú gerincvelői neuronok, amelyek elvesztették bemenetüket az agyból a sérülés után, „újraébreszthetők” vagy újra felhasználhatók a mozgás helyreállítására, ha a stimuláció és a rehabilitáció megfelelő kombinációját kapják” – mondta Huang és Azim.
A V2a sejtek aligha jelentenek ezüstgolyót a gerincvelő-sérülések és bénulások kezelésében. A tanulmány számos más, különböző genetikai aláírással rendelkező neuront talált, amelyek EES-sel aktiválódnak. Még mélyebb rejtély, hogy az agy hogyan kerüli el a gerincvelő sérülését, hogy újjáépítse kapcsolatát. Az, hogy ugyanazok a neuronok segítenek-e helyreállítani más mindennapi testi szükségleteket – például a hólyag és a bélrendszer szabályozását –, még mindig nem tudni, de a következő a csoport tanulmányozási listáján. Ennek érdekében a vezető szerző elindított egy startupot, az úgynevezett TOVÁBB hogy a következő két évben új tárgyalást kezdjenek.
Kép: geralt / 23803 kép
