Ceea ce era science fiction este acum realitate științifică: cu o serie de șocuri electrice direcționate la măduva spinării, nouă persoane paralizate au mers imediat din nou cu ajutorul unui robot. Cinci luni mai târziu, jumătate dintre participanți nu mai aveau nevoie de acele zapi pentru a merge.
Sună puțin cunoscut propoziția? Prin ele însele, rezultatele – deși incontestabil impresionante și complet schimbătoare de viață – pot părea știri vechi. Datorită îmbunătățirilor în designul implanturilor cerebrale, ultimul deceniu a înregistrat progrese uimitoare în restabilirea mobilității persoanelor cu paralizie. În 2018, un bărbat de 29 de ani a parcurs lungimea a unui întreg teren de fotbal datorită câtorva șocuri la măduva spinării, după ani de paralizie din cauza unui accident cu snowmobilul. Anul trecut, stimularea măduvei spinării a ajutat mai multe persoane cu paralizie completă pentru a te plimba printr-o zonă aglomerată din centrul orașului cu un plimbător și caiac în ape lin.
Nu există nicio îndoială că stimularea măduvei spinării a transformat o leziune odinioară ireparabilă într-una care acum poate fi inversată. Dar rămâne o întrebare care se profilează: de ce funcționează?
A nou studiu in Natură doar ne-a dat câteva indicii. Construind o hartă moleculară 3D a măduvei spinării pe măsură ce se recuperează după leziuni, echipa a găsit un grup misterios de neuroni cuibărit la periferia ei. Sunt deosebite. În mod normal, acești neuroni nu sunt necesari pentru mers. Dar, în cazurile de leziuni ale măduvei spinării, după câteva șocuri electrice, aceștia au izbucnit de activitate, reorganizându-se în noi autostrăzi neuronale care ajută la restabilirea mișcărilor.
Identificarea acestor neuroni nu este doar o curiozitate științifică. Înțelegând modul în care funcționează, am putea accesa comunicarea lor electrică și funcționarea moleculară interioară pentru a dezvolta tratamente și mai sofisticate pentru paralizie.
„Cantitatea de speranță pe care o dă persoanelor cu leziuni ale măduvei spinării este incredibilă”, a spus Dr. Marc Ruitenberg de la Universitatea din Queensland, care nu a fost implicat în studiu.
Către dr. Kee Wui Huang și Eiman Azim de la Institutul Salk pentru Științe Biologice, care nu au fost implicați în studiu, rezultatele arată că abordarea leziunilor măduvei spinării necesită îmbrățișarea mai multor unghiuri: îmbunătățirea tehnologiei implanturilor - inima eforturilor anterioare - este doar o parte. a povestirii. Analizarea neurobiologiei recuperării este cealaltă jumătate critică.
Noul studiu arată că „Hărțile moleculare de înaltă rezoluție ale sistemului nervos încep să ofere cele din urmă.”
Reducerea decalajelor de
Îmi place să îmi imaginez măduva spinării ca pe o autostradă interstatală zgomotoasă. Fiecare secțiune are mai multe căi nervoase regionale mai mici care duc la diferite părți ale corpului. Ca principală linie de informare, măduva spinării transmite semnale de la creier către restul corpului. O cădere gravă, un accident de mașină sau o accidentare sportivă pot deteriora autostrada respectivă. Similar cu un blocaj rutier, traficul electric care trimite comenzi către mușchi – și primește feedback senzorial – nu mai poate trece.
Dar ce se întâmplă dacă am putea acoperi artificial colapsurile de drum cu un implant?
Cu aproximativ o jumătate de deceniu în urmă, oamenii de știință au început să experimenteze cu o tehnică numită stimulare electrică epidurală (EES). Dispozitivul este alcătuit din electrozi multipli și introdus chiar deasupra membranei exterioare care încapsulează și protejează măduva spinării. Acționează ca o punte artificială care ocolește locul rănit. Câteva șocuri pot activa neuronii din părțile sănătoase ale măduvei spinării și pot furniza semnale către căile nervoase din apropiere.
Deși este unul dintre puținele tratamente care a realizat „schimbări remarcabile în performanță”, EES s-a confruntat cu mai multe eșecuri, au spus Huang și Azim. Unul a fost designul sub-optim al implantului, în sensul că nu puteau viza părți ale măduvei spinării esențiale pentru mers. Un altul a fost software-ul alimentat de algoritmi care nu au stimulat măduva spinării într-un mod care imita pulsurile sale electrice naturale. În mod ironic, aceste modele ar putea avea „semnale senzoriale perturbate care promovează recuperarea”, au spus Huang și Azim.
De la bărbați la șoareci
Pentru a ajunge în centrul modului în care EES ajută oamenii să se recupereze după paralizie, noul studiu a adoptat o abordare neortodoxă: au testat mai întâi un dispozitiv și un model de stimulare la pacienții cu paralizie. După ce și-a confirmat îmbunătățirea, echipa a recreat apoi tratamentul la șoareci cu leziuni similare pentru a stabili celulele responsabile de recuperare. Paradigma este o abatere radicală de la procedurile tipice de cercetare, care încep cu modele de șoareci înainte de a trece la oameni.
Însă echipa, condusă de dr. Grégoire Courtine, profesor de neuroștiințe la EPFL, și Jocelyne Bloch, neurochirurg la Spitalul Universitar din Lausanne (CHUV), au motivele lor. Ambii oameni de știință nu sunt străini de combaterea paraliziei. Conducerea NeuroRestore programului, au fost în fruntea ingineriei implanturilor măduvei spinării pentru a ajuta pacienții să-și recapete mobilitatea.
În acest studiu, au stimulat mai întâi nouă persoane cu paralizie severă sau completă cu EES, ca parte a a studiu clinic. Șase au avut o senzație în picioare; ceilalţi trei nu aveau niciunul. Cele două grupuri au avut hardware diferit implantat, primul primind unul adaptat pentru tratamentul durerii, iar al doilea dezvoltat special pentru a stimula mersul pe jos. Folosind un model de stimulare similar cu semnalele normale ale măduvei spinării, participanții și-au îmbunătățit imediat sau și-au recăpătat capacitatea de a merge, cu ajutorul unui robot care să-și susțină greutatea. Cu încă cinci luni de antrenament, au învățat treptat să-și susțină propria greutate și au putut chiar să meargă în aer liber cu ajutor.
Dar de ce? În mod surprinzător, echipa a descoperit că EES împreună cu reabilitarea fizică au scăzut energia necesară pentru părțile măduvei spinării care controlează mersul pe jos. În loc să angajeze toți neuronii din măduva spinării, EES pare să se adapteze doar unui grup select de neuroni - cei esențiali pentru a ajuta pacienții să meargă din nou.
O hartă moleculară a recuperării
Care sunt acești neuroni misterioși?
Săpând mai adânc, echipa a reluat tratamentul la șoareci cu paralizie (și da, a inclus un robot personalizat de dimensiunea unui șoarece pentru a ajuta la susținerea greutății corporale.) Similar oamenilor, șoarecii și-au recăpătat imediat capacitatea de a merge cu EES activat. .
Pe măsură ce s-au recuperat, echipa a luat mostre din măduva spinării și a secvențiat gene în peste 80,000 de celule individuale de la 24 de șoareci pentru a vedea care gene au fost activate. Locația a fost cheia: sondajul a cartografiat genele pe baza locației fiecărei celule în măduva spinării, care împreună au format prima hartă moleculară a recuperării.
S-ar putea să vă gândiți că este un uriaș al unei baze de date. Din fericire, echipa a dezvoltat anterior un algoritm de învățare automatăm care ajută la analiza datelor. Cheia was pentru a potrivi profilurile de expresie genică cu anumite celule în diferite situații biologice. O anumită populație de celule denumit V2a a stat afară. Acești neuroni au fost încorporați în regiunea măduvei spinării, care este deosebit de importantă pentru mers și, deși nu erau necesari pentru mers înainte de vătămare, păreau să crească odată cu activitatea după EES.
Celulele V2a sunt gardieni puternici pentru recuperarea măduvei spinării. În testele ulterioare, scăderea activității lor folosind optogenetica - o modalitate de a controla neuronii cu lumină - a atenuat și recuperarea măduvei spinării.
Acesta arată că „anumite tipuri de neuroni ai măduvei spinării care și-au pierdut aporturile din creier după leziune pot fi „retreziți” sau reutilizați pentru a restabili mișcarea dacă li se oferă combinația adecvată de stimulare și reabilitare”, au spus Huang și Azim.
Celulele V2a sunt cu greu un glonț de argint pentru tratarea leziunilor și paraliziei măduvei spinării. Studiul a descoperit mulți alți neuroni - cu semnături genetice diverse - care se activează cu EES. Modul în care creierul ocolește leziunile măduvei spinării pentru a-și reface legătura este un mister și mai profund. Dacă aceiași neuroni ajută la restabilirea altor nevoi zilnice ale corpului - controlul vezicii urinare și intestinului, de exemplu - este încă necunoscut, dar următorul pe lista echipei de studiat. În acest scop, autorul principal a lansat un startup numit mai departe pentru a începe un nou proces în următorii doi ani.
Credit imagine: geralt / 23803 imagini
