То, что было научной фантастикой, теперь стало научной реальностью: с серией точечных разрядов в спинной мозг девять парализованных человек сразу же снова начали ходить с помощью робота. Пять месяцев спустя половина участников больше не нуждалась в этих зарядках для ходьбы.
Предложение звучит немного знакомо? Сами по себе результаты — хотя они, несомненно, впечатляют и полностью меняют жизнь — могут показаться старыми новостями. Благодаря усовершенствованию конструкции мозговых имплантатов за последнее десятилетие был достигнут поразительный прогресс в восстановлении подвижности у людей с параличом. В 2018 году 29-летний мужчина прошел всю длину целое футбольное поле из-за нескольких поражений спинного мозга после нескольких лет паралича в результате аварии на снегоходе. В прошлом году стимуляция спинного мозга помог нескольким людям с полным параличом, чтобы прогуляться по оживленному центру города с ходунками и каяком по гладкой воде.
Нет никаких сомнений в том, что стимуляция спинного мозга превратила когда-то непоправимую травму в травму, которую теперь можно обратить вспять. Но остается нависший вопрос: почему это работает?
A Новое исследование in природа просто дал нам некоторые подсказки. Создав трехмерную молекулярную карту спинного мозга, восстанавливающегося после травмы, команда обнаружила загадочную группу нейронов, расположенных на его окраинах. Они своеобразны. В норме эти нейроны не нужны для ходьбы. Но в случае травмы спинного мозга после нескольких электрических разрядов они взрываются активностью, реорганизовываясь в новые нервные магистрали, помогающие восстановить движения.
Выявление этих нейронов — не просто научное любопытство. Поняв, как они работают, мы могли бы подключиться к их электрической связи и внутренней молекулярной работе, чтобы разработать еще более сложные методы лечения паралича.
«Количество надежд, которое оно дает людям с травмой спинного мозга, невероятно», — сказал Доктор Марк Руитенберг из Университета Квинсленда, не участвовавший в исследовании.
Докторам Ки Вуи Хуанг и Эйман Азим из Института биологических наук Солка, которые не участвовали в исследовании, показывают, что лечение травм спинного мозга требует охвата нескольких аспектов: улучшение технологии имплантации — сердце предыдущих усилий — это только одна сторона. истории. Другая важная половина — анализ нейробиологии выздоровления.
Новое исследование показывает, что «Молекулярные карты нервной системы с высоким разрешением начинают обеспечивать последнее».
Преодоление разрыва
Мне нравится представлять спинной мозг в виде шумной автомагистрали между штатами. Каждая секция имеет несколько более мелких региональных нервных путей, которые ведут к разным частям тела. В качестве основной передачи информации спинной мозг передает сигналы от головного мозга к остальной части вашего тела. Плохое падение, автомобильная авария или спортивная травма могут повредить эту магистраль. Подобно блокпосту, электрический трафик, посылающий команды мышцам и получающий сенсорную обратную связь, больше не может проходить.
Но что, если бы мы могли искусственно преодолеть эти дорожные коллапсы с помощью имплантата?
Примерно полвека назад ученые начали экспериментировать с методом эпидуральной электростимуляции (ЭЭС). Устройство состоит из нескольких электродов и вводится непосредственно над внешней мембраной, которая инкапсулирует и защищает спинной мозг. Он действует как искусственный мост, который обходит поврежденное место. Несколько толчков могут активировать нейроны в здоровых частях спинного мозга и доставить сигналы к близлежащим нервным путям.
По словам Хуанга и Азима, хотя это один из немногих методов лечения, который привел к «заметным изменениям в производительности», EES столкнулся с многочисленными неудачами. Одной из них была неоптимальная конструкция имплантата, поскольку они не могли воздействовать на части спинного мозга, необходимые для ходьбы. Другим было программное обеспечение, основанное на алгоритмах, которые не стимулировали спинной мозг таким образом, чтобы имитировать его естественные электрические импульсы. По иронии судьбы, эти конструкции могли «нарушать сенсорные сигналы, способствующие выздоровлению», — сказали Хуанг и Азим.
От мужчин к мышам
Чтобы разобраться в том, как ЭЭС помогает людям выздоравливать от паралича, в новом исследовании был использован неортодоксальный подход: сначала они протестировали устройство и схему стимуляции у пациентов с параличом. Подтвердив их улучшение, команда затем воссоздала лечение на мышах с аналогичными травмами, чтобы зафиксировать клетки, ответственные за выздоровление. Парадигма представляет собой радикальный отход от типичных исследовательских процедур, которые начинаются с моделей мышей, а затем переходят к людям.
Но команда, возглавляемая Drs. У Грегуара Куртина, профессора неврологии в EPFL, и Джоселин Блох, нейрохирурга из Лозаннского университетского госпиталя (CHUV), есть свои причины. Оба ученых не привыкли бороться с параличом. Возглавляя НейроРестор программы, они были в авангарде инженерных имплантатов спинного мозга, чтобы помочь пациентам восстановить подвижность.
В этом исследовании они сначала стимулировали девять человек с тяжелым или полным параличом с помощью ЭЭС в рамках эксперимента. клиническое исследование. У шестерых были какие-то ощущения в ногах; у остальных трех их не было. Этим двум группам были имплантированы разные аппаратные средства, причем первая получила адаптированную для лечения боли, а вторая разработала специально для стимуляции ходьбы. Используя схему стимуляции, аналогичную нормальным сигналам спинного мозга, участники немедленно улучшили или восстановили свою способность ходить с помощью робота, поддерживающего их вес. Еще через пять месяцев тренировок они постепенно научились удерживать собственный вес и даже могли ходить на свежем воздухе с помощью.
Но почему? Удивительно, но команда обнаружила, что EES вместе с физической реабилитацией снижает энергию, необходимую для частей спинного мозга, которые контролируют ходьбу. Вместо того, чтобы задействовать все нейроны в спинном мозге, EES, по-видимому, адаптируется только к избранной группе нейронов, которые имеют решающее значение для того, чтобы помочь пациентам снова ходить.
Молекулярная карта восстановления
Что это за загадочные нейроны?
Копнув глубже, команда повторно провела лечение на мышах с параличом (и да, оно включало изготовленного на заказ робота размером с мышь, чтобы помочь поддерживать вес их тела). Как и у людей, мыши сразу же восстановили способность ходить с включенной EES. .
Когда они выздоровели, команда взяла образцы спинного мозга и секвенировала гены в более чем 80,000 24 отдельных клеток от XNUMX мышей, чтобы увидеть, какие гены были активированы. Местоположение имело ключевое значение: в исследовании были картированы гены на основе расположения каждой клетки в спинном мозге, которые вместе сформировали первую молекулярную карту восстановления.
Вы можете подумать, что это чудовище базы данных. К счастью, ранее команда разработала алгоритм машинного обучения.м, что помогает анализировать данные. Суть was, чтобы сопоставить профили экспрессии генов с определенными клетками в различных биологических ситуациях. Одна особая популяция клеток под названием V2a стоял вне. Эти нейроны были встроены в область спинного мозга, которая особенно важна для ходьбы, и хотя до травмы они не требовались для ходьбы, после ЭЭС их активность резко возросла.
Клетки V2a являются мощными привратниками для восстановления спинного мозга. В последующих тестах снижение их активности с помощью оптогенетики — способа управления нейронами с помощью света — также замедляло восстановление спинного мозга.
Это показывает, что «некоторые типы нейронов спинного мозга, которые потеряли свои входы из головного мозга после травмы, могут быть «разбужены» или переназначены для восстановления движения, если им дать соответствующую комбинацию стимуляции и реабилитации», — сказали Хуанг и Азим.
Клетки V2a вряд ли являются серебряной пулей для лечения травм спинного мозга и паралича. Исследование обнаружило множество других нейронов с разнообразными генетическими сигнатурами, которые активируются с помощью EES. Как мозг обходит повреждения спинного мозга, чтобы восстановить их связь, — еще более глубокая загадка. Помогают ли одни и те же нейроны в восстановлении других повседневных телесных потребностей — например, в контроле мочевого пузыря и кишечника — до сих пор неизвестно, но это следующее в списке ученых для изучения. С этой целью ведущий автор запустил стартап под названием ВПЕРЕД начать новое судебное разбирательство в ближайшие два года.
Изображение Фото: геральт / 23803 фотографий
