מה שהיה מדע בדיוני הוא כעת המציאות המדעית: עם סדרה של שקעים חשמליים ממוקדים לחוט השדרה, תשעה אנשים משותקים הלכו מיד שוב בעזרת רובוט. חמישה חודשים לאחר מכן, מחצית מהמשתתפים כבר לא היו זקוקים לזיופים הללו כדי ללכת.
המשפט נשמע קצת מוכר? כשלעצמן, התוצאות - אף שהן ללא ספק מרשימות ומשנות חיים לחלוטין - עשויות להיראות כמו חדשות ישנות. הודות לשיפורים בעיצובי שתלים במוח, בעשור האחרון נרשמה התקדמות מדהימה בשיקום הניידות לאנשים עם שיתוק. בשנת 2018, גבר בן 29 הלך לאורך של מגרש כדורגל שלם הודות לכמה זריקות לחוט השדרה שלו, אחרי שנים של שיתוק מתאונת אופנועי שלג. בשנה שעברה, גירוי חוט השדרה עזר לכמה אנשים עם שיתוק מוחלט לטייל באזור מרכז העיר הומה עם הליכון וקיאק במים חלקים.
אין ספק שגירוי חוט השדרה הפך פציעה שפעם בלתי ניתנת לתיקון לכזו שעכשיו ניתן להחזיר אותה. אבל נותרה שאלה מתמשכת: למה זה עובד?
A מחקר חדש in טבע רק נתן לנו כמה רמזים. בניית מפה מולקולרית תלת מימדית של חוט השדרה בזמן שהוא מתאושש מפציעה, הצוות מצא קבוצה מסתורית של נוירונים השוכנת בפאתיה. הם מוזרים. בדרך כלל, נוירונים אלה אינם נדרשים להליכה. אבל במקרים של פגיעה בחוט השדרה, לאחר כמה טלטולים חשמליים הם מתפוצצים מפעילות, מתארגנים מחדש לכבישים מהירים עצביים חדשים שעוזרים לשחזר תנועות.
איתור הנוירונים הללו אינו רק קוריוז מדעי. על ידי הבנת האופן שבו הם פועלים, נוכל לנצל את התקשורת החשמלית שלהם ואת הפעילות המולקולרית הפנימית שלהם כדי לפתח טיפולים מתוחכמים אפילו יותר לשיתוק.
"כמות התקווה שהיא נותנת לאנשים עם פגיעה בחוט השדרה היא מדהימה", אמר ד"ר מארק רויטנברג מאוניברסיטת קווינסלנד, שלא היה מעורב במחקר.
לדר. קי וואי הואנג ואימן עזים במכון סאלק למדעי הביולוגיה, שלא היו מעורבים במחקר, התוצאות מראות שהתמודדות עם פגיעה בחוט השדרה דורשת אימוץ של זוויות מרובות: שיפור טכנולוגיית השתלים - לב המאמצים הקודמים - הוא רק צד אחד של הסיפור. ניתוח הנוירוביולוגיה של ההחלמה הוא החצי הקריטי השני.
המחקר החדש מראה כי "מפות מולקולריות ברזולוציה גבוהה של מערכת העצבים מתחילות לספק את האחרון."
גישור על הפער
אני אוהב לדמיין את חוט השדרה ככביש מהיר בין-מדינתי. לכל חלק יש מספר מסלולי עצב אזוריים קטנים יותר המובילים לחלקים שונים בגוף. בתור מידע עיקרי, חוט השדרה מעביר אותות מהמוח לשאר חלקי הגוף. נפילה קשה, תאונת דרכים או פציעת ספורט עלולים להזיק לכביש המהיר הזה. בדומה לחסימה, התנועה החשמלית ששולחת פקודות לשרירים - ומקבלת משוב חושי - כבר לא יכולה לזרום.
אבל מה אם נוכל לגשר באופן מלאכותי על התמוטטויות הכביש עם שתל?
לפני כחצי עשור, מדענים החלו להתנסות בטכניקה הנקראת אפידורל גירוי חשמלי (EES). המכשיר עשוי ממספר אלקטרודות ומוכנס ממש מעל הממברנה החיצונית העוטפת ומגינה על חוט השדרה. הוא פועל כגשר מלאכותי שעוקף את המקום הפגוע. כמה טלטולים יכולים להפעיל נוירונים בחלקים הבריאים של חוט השדרה ולהעביר אותות למסלולי עצב קרובים.
למרות שזהו אחד הטיפולים הבודדים שהשיגו "שינויים יוצאי דופן בביצועים", EES התמודדה עם כשלונות רבים, אמרו הואנג ואזים. אחד מהם היה תכנון שתלים לא אופטימלי, בכך שהם לא יכלו לכוון לחלקים מחוט השדרה החיוניים להליכה. תוכנה אחרת הייתה מופעלת על ידי אלגוריתמים שלא עוררו את חוט השדרה בדרכים שחיקו את הפולסים החשמליים הטבעיים שלו. למרבה האירוניה, ייתכן שהעיצובים הללו "שיבשו אותות תחושתיים המקדמים התאוששות", אמרו הואנג ואזים.
מגברים ועד עכברים
כדי להגיע ללב האופן שבו EES עוזר לאנשים להתאושש משיתוק, המחקר החדש נקט בגישה לא שגרתית: הם בדקו לראשונה מכשיר ודפוס גירוי בחולים עם שיתוק. לאחר שאישר את השיפור שלהם, הצוות שיחזר את הטיפול בעכברים עם פציעות דומות כדי למסמר את התאים האחראים להחלמה. הפרדיגמה היא סטייה רדיקלית מהליכי מחקר טיפוסיים, שמתחילים במודלים של עכברים לפני שנכנסים לבני אדם.
אבל הצוות, בראשות דר. ל-Grégoire Courtine, פרופסור למדעי המוח ב-EPFL ול-Jocelyne Bloch, נוירוכירורגית בבית החולים האוניברסיטאי לוזאן (CHUV), יש את הסיבות שלהם. שני המדענים אינם זרים במאבק בשיתוק. מוביל את NeuroRestore בתוכנית, הם היו בחזית ההנדסה של שתלי חוט השדרה כדי לעזור למטופלים להחזיר את התנועה.
במחקר זה, הם עוררו לראשונה תשעה אנשים עם שיתוק חמור או מלא עם EES כחלק מ- ניסוי קליני. לשישה הייתה תחושה כלשהי ברגליים; לשלושה האחרים לא היה. לשתי הקבוצות הושתלו חומרה שונה, כאשר הראשונה קיבלה אחת מותאמת לטיפול בכאב, והשנייה פותחה במיוחד כדי לעורר הליכה. באמצעות דפוס גירוי הדומה לאותות רגילים של חוט השדרה, המשתתפים שיפרו או השיבו מיד את יכולתם ללכת, בעזרת רובוט לתמיכה במשקלם. עם עוד חמישה חודשים של אימונים, הם למדו בהדרגה לתמוך במשקל שלהם ואפילו יכלו ללכת בחוץ עם עזרה.
אבל למה? באופן מפתיע, הצוות מצא ש-EES יחד עם גמילה פיזית הפחיתו את האנרגיה הדרושה לחלקים מחוט השדרה השולטים בהליכה. במקום לערב את כל הנוירונים בחוט השדרה, נראה ש-EES מותאם רק לקבוצה נבחרת של נוירונים - אלה קריטיים לעזור לחולים ללכת שוב.
מפה מולקולרית של התאוששות
מה זה הנוירונים המסתוריים האלה?
חפירה עמוקה יותר, הצוות עשה מחדש את הטיפול בעכברים עם שיתוק (וכן, הוא כלל רובוט בגודל עכבר בהתאמה אישית שיעזור לתמוך במשקל גופם.) בדומה לבני אדם, העכברים השיבו מיד את יכולתם ללכת כשה-EES מופעל .
כשהם התאוששו, הצוות לקח דגימות מחוט השדרה ורצף גנים בלמעלה מ-80,000 תאים בודדים מ-24 עכברים כדי לראות אילו גנים הופעלו. המיקום היה המפתח: הסקר מיפה את הגנים על סמך מיקומו של כל תא בחוט השדרה, שיצרו יחד את המפה המולקולרית הראשונה של ההתאוששות.
אולי אתה חושב שזה עצום של מסד נתונים. למרבה המזל, הצוות פיתח בעבר אלגורית למידת מכונהm שעוזר לנתח את הנתונים. העיקר waכדי להתאים את פרופילי ביטוי הגנים לתאים מסוימים במצבים ביולוגיים שונים. אוכלוסייה מסוימת של תאים נקרא V2a עמד הַחוּצָה. נוירונים אלו הוטמעו באזור של חוט השדרה החשוב במיוחד להליכה, ולמרות שהם לא נדרשו להליכה לפני הפציעה, נראה שהם עולים עם פעילות לאחר EES.
תאי V2a הם שומרי סף רבי עוצמה להתאוששות חוט השדרה. בבדיקות שלאחר מכן, הורדת הפעילות שלהם באמצעות אופטוגנטיקה - דרך לשלוט על נוירונים עם אור - גם הפחיתה את ההתאוששות של חוט השדרה.
זה מראה ש"סוגים מסוימים של נוירונים של חוט השדרה שאיבדו את הקלט שלהם מהמוח לאחר פציעה יכולים להיות 'להעיר' מחדש או להפעיל מחדש את התנועה אם הם מקבלים את השילוב המתאים של גירוי ושיקום", אמרו הואנג ואזים.
תאי V2a הם בקושי כדור כסף לטיפול בפציעות חוט שדרה ושיתוק. המחקר מצא מספר רב של נוירונים אחרים - עם חתימות גנטיות מגוונות - המופעלים עם EES. כיצד המוח עוקף פציעת חוט השדרה כדי לבנות מחדש את הקשר ביניהם הוא תעלומה עמוקה עוד יותר. האם אותם נוירונים עוזרים בשיקום צרכים גופניים יומיומיים אחרים - שליטה בשלפוחית השתן והמעיים, למשל - עדיין לא ידוע, אבל הם הבאים ברשימה של הצוות לחקור. לשם כך, הסופר הראשי השיק סטארטאפ בשם קדימה להתחיל ניסוי חדש בשנתיים הקרובות.
תמונת אשראי: geralt / 23803 תמונות
