O que era ficção científica agora é realidade científica: com uma série de zaps elétricos direcionados à medula espinhal, nove pessoas paralisadas voltaram a andar imediatamente com a ajuda de um robô. Cinco meses depois, metade dos participantes não precisava mais desses zaps para andar.
A frase parece um pouco familiar? Por si só, os resultados - embora inegavelmente impressionantes e totalmente transformadores - podem parecer notícias antigas. Graças a melhorias nos projetos de implantes cerebrais, a última década viu um progresso surpreendente na restauração da mobilidade de pessoas com paralisia. Em 2018, um homem de 29 anos andou o comprimento de um campo de futebol inteiro graças a alguns choques na medula espinhal, após anos de paralisia devido a um acidente de snowmobile. No ano passado, a estimulação da medula espinhal ajudou várias pessoas com total paralisia para passear por um movimentado centro da cidade com andador e caiaque em águas calmas.
Não há dúvida de que a estimulação da medula espinhal transformou uma lesão antes irreparável em uma que agora pode ser revertida. Mas uma pergunta iminente permanece: por que isso funciona?
A novo estudo in Natureza apenas nos deu algumas pistas. Construindo um mapa molecular 3D da medula espinhal enquanto ela se recupera de uma lesão, a equipe encontrou um misterioso grupo de neurônios aninhados em seus arredores. Eles são peculiares. Normalmente, esses neurônios não são necessários para caminhar. Mas em casos de lesões na medula espinhal, após alguns choques elétricos, eles explodem em atividade, reorganizando-se em novas vias neurais que ajudam a restaurar os movimentos.
Identificar esses neurônios não é apenas uma curiosidade científica. Ao entender como eles funcionam, podemos explorar sua comunicação elétrica e funcionamento molecular interno para desenvolver tratamentos ainda mais sofisticados para a paralisia.
“A quantidade de esperança que isso dá às pessoas com lesão na medula espinhal é incrível”, dito Dr. Marc Ruitenberg da Universidade de Queensland, que não esteve envolvido no estudo.
Aos Drs. Kee Wui Huang e Eiman Azim, do Salk Institute for Biological Sciences, que não participaram do estudo, os resultados mostram que lidar com lesões na medula espinhal requer abraçar vários ângulos: melhorar a tecnologia de implantes – o coração dos esforços anteriores – é apenas um lado da história. Analisar a neurobiologia da recuperação é a outra metade crítica.
O novo estudo mostra que “mapas moleculares de alta resolução do sistema nervoso estão começando a fornecer o último”.
Bridging the Gap
Gosto de imaginar a medula espinhal como uma movimentada rodovia interestadual. Cada seção tem várias vias nervosas regionais menores que levam a diferentes partes do corpo. Como a principal linha de informação, a medula espinhal transmite sinais do cérebro para o resto do corpo. Uma queda feia, um acidente de carro ou uma lesão esportiva podem danificar essa rodovia. Semelhante a um bloqueio de estrada, o tráfego elétrico enviando comandos para os músculos – e recebendo feedback sensorial – não pode mais fluir.
Mas e se pudéssemos superar artificialmente esses desmoronamentos de estradas com um implante?
Cerca de meia década atrás, os cientistas começaram a experimentar uma técnica chamada estimulação elétrica epidural (EES). O dispositivo é feito de vários eletrodos e inserido logo acima da membrana mais externa que encapsula e protege a medula espinhal. Atua como uma ponte artificial que contorna o local lesionado. Alguns choques podem ativar neurônios nas partes saudáveis da medula espinhal e enviar sinais para as vias nervosas próximas.
Embora seja um dos poucos tratamentos que alcançou “mudanças notáveis no desempenho”, o EES enfrentou vários contratempos, disseram Huang e Azim. Um deles era o design do implante abaixo do ideal, pois não conseguiam atingir partes da medula espinhal essenciais para a caminhada. Outro era um software alimentado por algoritmos que não estimulavam a medula espinhal de maneira a imitar seus pulsos elétricos naturais. Ironicamente, esses projetos podem ter “interrompido os sinais sensoriais que promovem a recuperação”, disseram Huang e Azim.
De homens a ratos
Para entender como o EES ajuda as pessoas a se recuperarem da paralisia, o novo estudo adotou uma abordagem pouco ortodoxa: eles primeiro testaram um dispositivo e um padrão de estimulação em pacientes com paralisia. Depois de confirmar sua melhora, a equipe recriou o tratamento em camundongos com lesões semelhantes para identificar as células responsáveis pela recuperação. O paradigma é um afastamento radical dos procedimentos típicos de pesquisa, que começam com modelos de camundongos antes de passar para os humanos.
Mas a equipe, liderada pelos Drs. Grégoire Courtine, professor de neurociência da EPFL, e Jocelyne Bloch, neurocirurgiã do Hospital Universitário de Lausanne (CHUV), têm suas razões. Ambos os cientistas não são estranhos ao combate à paralisia. Liderando o NeuroRestore programa, eles estiveram na vanguarda da engenharia de implantes de medula espinhal para ajudar os pacientes a recuperar a mobilidade.
Neste estudo, eles primeiro estimularam nove pessoas com paralisia grave ou completa com EES como parte de um ensaio clínico. Seis tiveram alguma sensação nas pernas; os outros três não tinham nenhum. Os dois grupos tiveram diferentes hardwares implantados, sendo que o primeiro recebeu um adaptado para o tratamento da dor e o segundo desenvolveu especificamente para estimular a caminhada. Usando um padrão de estimulação semelhante aos sinais normais da medula espinhal, os participantes imediatamente melhoraram ou recuperaram sua capacidade de andar, com a ajuda de um robô para suportar seu peso. Com mais cinco meses de treinamento, eles gradualmente aprenderam a suportar o próprio peso e podiam até caminhar ao ar livre com ajuda.
Mas por que? Surpreendentemente, a equipe descobriu que o EES junto com a reabilitação física diminuiu a energia necessária para partes da medula espinhal que controlam a caminhada. Em vez de envolver todos os neurônios da medula espinhal, o EES parece se adaptar a apenas um grupo seleto de neurônios – aqueles essenciais para ajudar os pacientes a andar novamente.
Um Mapa Molecular de Recuperação
O que são esses neurônios misteriosos?
Indo mais fundo, a equipe reexecutou o tratamento em camundongos com paralisia (e sim, incluiu um robô do tamanho de um camundongo feito sob medida para ajudar a suportar seu peso corporal). .
Enquanto se recuperavam, a equipe coletou amostras da medula espinhal e sequenciou genes em mais de 80,000 células individuais de 24 camundongos para ver quais genes foram ativados. A localização foi fundamental: a pesquisa mapeou os genes com base na localização de cada célula na medula espinhal, que juntos formaram o primeiro mapa molecular de recuperação.
Você pode estar pensando que é um banco de dados gigante. Felizmente, a equipe já havia desenvolvido um algoritmo de aprendizado de máquinam que ajuda a analisar os dados. O ponto crucial was para combinar os perfis de expressão gênica para certas células em diferentes situações biológicas. Uma determinada população de células chamado V2a ficou Fora. Esses neurônios estavam embutidos na região da medula espinhal que é especialmente importante para a caminhada e, embora não fossem necessários para a caminhada antes da lesão, pareciam aumentar com a atividade após o EES.
As células V2a são guardiãs poderosas para a recuperação da medula espinhal. Em testes subsequentes, diminuir sua atividade usando optogenética – uma forma de controlar os neurônios com luz – também amorteceu a recuperação da medula espinhal.
Ele mostra que “certos tipos de neurônios da medula espinhal que perderam suas informações do cérebro após uma lesão podem ser 'reativados' ou reaproveitados para restaurar o movimento se receberem a combinação apropriada de estimulação e reabilitação”, disseram Huang e Azim.
As células V2a dificilmente são uma bala de prata para o tratamento de lesões e paralisia da medula espinhal. O estudo encontrou vários outros neurônios – com diversas assinaturas genéticas – que se ativam com o EES. Como o cérebro contorna a lesão da medula espinhal para reconstruir sua conexão é um mistério ainda mais profundo. Se os mesmos neurônios ajudam a restaurar outras necessidades corporais cotidianas – controle da bexiga e do intestino, por exemplo – ainda é desconhecido, mas o próximo na lista da equipe para estudar. Para tanto, o autor principal lançou uma startup chamada A FRENTE para iniciar um novo julgamento nos próximos dois anos.
Crédito de imagem: geralt / 23803 imagens
