Trzy osoby, które z powodu urazów rdzenia kręgowego zostały całkowicie sparaliżowane od pasa w dół, odzyskały władzę w nogach dzięki implantom elektrycznie stymulującym ich nerwy kontrolujące ruchy tułowia i nóg. Już kilka godzin po operacji wszczepienia implantu pacjenci byli w stanie stanąć na własnych nogach.
Nowy implant kręgowy, który wysyła sygnały elektryczne do kręgosłupa i stymuluje elektrycznie nerwy kontrolujące ruch, daje nadzieję sparaliżowanym osobom po urazach kręgosłupa, na odzyskanie zdolności poruszania się. W nowych badaniach naukowcy ze Szpitala Uniwersyteckiego w Lozannie w Szwajcarii, przy współpracy z uczonymi z innych placówek, postawili dzięki niemu trzy sparaliżowane osoby na nogi.
Jak przyznała neurochirurg Jocelyne Bloche ze Szpitala Uniwersyteckiego w Lozannie, która przeprowadziła operację wszczepienia implantów, wszyscy trzej pacjenci natychmiast po zabiegu mogli wstać i samodzielnie się poruszać przy pomocy chodzika rehabilitacyjnego.
Rezultaty badań ukazały się na łamach „Nature Medicine” (DOI: 10.1038/s41591-021-01663-5).
Jednym z pacjentów, którym wszczepiono implant, jest Michel Roccati. 30-latek został sparaliżowany w 2017 roku po wypadku motocyklowym, w którym doznał urazu kręgosłupa i stracił czucie w nogach. Roccati przyznał, że już pierwszego dnia po operacji mógł poruszać palcami u nóg. Pełną sprawność poruszania się odzyskał po 3-4 miesiącach treningów. Dwa lata po wypadku był w stanie samodzielnie chodzić, jeździć na rowerze czy wchodzić po schodach. - Pierwszego dnia mogłem poruszać własnymi nogami i było to bardzo, bardzo emocjonujące – przyznał.
Stosowanie implantów do stymulacji nerwów rdzenia kręgowego u osób, które je uszkodziły, było już wcześniej badane. Zresztą grupa ze Szpitala Uniwersyteckiego w Lozannie w 2018 roku opublikowała swoje prace, w których udało im się postawić na nogi trzech pacjentów po urazach kręgosłupa w odcinku szyjnym (więcej na ten temat w tekście: Implant postawił trzech sparaliżowanych mężczyzn na nogi). Szwajcarscy badacze skupili się na stymulacji, która sprawia, że pozostałe, nieuszkodzone nerwy, są bardziej pobudliwe, a tym samym wzmacniają słabe sygnały z mózgu do nóg.
Zespół naukowców wszczepił nowo opracowane implanty trzem osobom. Wszyscy - mężczyźni w wieku od 29 do 41 lat – wzięli następnie udział w intensywnym treningu neurorehabilitacyjnym z wykorzystaniem nowej technologii, co zaowocowało jeszcze większą kontrolą nad ruchami.
- Przeszedłem przez kilka dość intensywnych treningów w ciągu ostatnich kilku miesięcy i wyznaczyłem sobie szereg celów – powiedział Roccati. - Na przykład mogę teraz wchodzić i schodzić po schodach i mam nadzieję, że tej wiosny uda mi się przejść kilometr - dodał.
Roccati używa teraz wszczepionego urządzenia od 1 do 2 godzin dziennie, w tym podczas samodzielnych spacerów. Może też stać przez 2 godziny, jeździć na rowerze, a nawet pływać, wybierając różne programy stymulacyjne swojego implantu.
Użytkownicy implantu przy pomocy tabletu wybierają, jakiego rodzaju wzorców ruchu potrzebują. Tablet łączy się bezprzewodowo z urządzeniem zwanym neurostymulatorem umieszczanym w ich brzuchu, który z kolei łączy się z elektrodami na kręgosłupie. Neurostymulator trzeba będzie wymienić po około dziewięciu latach, choć elektrody powinny wystarczyć na całe życie biorcy.
Roccati ma pewne nieprzyjemne odczucia, gdy implant zaczyna działać, podobnie jak inny uczestnik tego badania, ale trzecia osoba, której wszczepiono implant i która miała najcięższe uszkodzenie rdzenia kręgowego, nie odczuwa nic specjalnego. Roccati widzi również niewielką poprawę, nawet gdy neurostymulator jest wyłączony.
- Mężczyzna może wywoływać pewne ruchy, ale tak naprawdę nie porusza dobrowolnie nogą. To wszystko naprawdę zależy od włączonej stymulacji – mówi Grégoire Courtine z Politechniki Federalnej w Lozannie, współautor badań.
W nowych wysiłkach uczeni opracowali implanty wystarczające mocne, aby dotrzeć do wszystkich nerwów potrzebnych do wywołania złożonych wzorców ruchowych wymaganych do poruszania się. Opracowali też większe elektrody. Każda osoba ma wszczepionych 16 z nich, ale w przyszłych badaniach zespół chce umieszczać po 32 elektrody leczonym pacjentom.
Naukowcy dopracowali także i ulepszyli oprogramowanie komputerowe, które steruje elektrodami w celu uzyskania różnych wzorców ruchu. Elektrody są testowane podczas zabiegu. Grupa uważa, że jej podejście może teoretycznie pomóc innym sparaliżowanym osobom, które mają co najmniej 6 centymetrów zdrowego rdzenia kręgowego pod urazem. Chodzi o to, żeby było miejsce na wszczepienie wszystkich elektrod.
Grupa naukowców ze Szpitala Uniwersyteckiego w Lozannie od lat zgłębiała mechanizmy powodujące powstanie paraliżu. We wcześniejszych badaniach dokładnie zmapowali rdzeń kręgowy, by poznać, które rejony odpowiadają za konkretne ruchy, chociażby zgięcie kolana. To pozwoliło na opracowanie pierwszych implantów i ich późniejsze udoskonalanie.
Uczeni zastosowali technikę znaną jako elektrostymulacja zewnątrzoponowa. Metoda ta polega na stymulacji nerwów rdzeniowych za pomocą wszczepionych elektrod. Wcześniejsze badania wykazały, że ciągła stymulacja kręgosłupa może przywrócić ruch u osób z urazami rdzenia kręgowego, jednak postępy w dochodzeniu do sprawności utrudniał fakt, że zastosowane matryce elektrod nie były wystarczająco czułe, aby celować w określone nerwy.
Dlatego autorzy badania opracowali bardziej wyrafinowany implant, który celuje w korzenie grzbietowe zaangażowane w ruchy tułowia i nóg. Jednocześnie stworzyli oprogramowanie, które umożliwia pacjentom wybór programów stymulacji specyficznych dla danej aktywności, które angażują nerwy niezbędne do określonego rodzaju ruchu.
Urządzenie wykorzystuje miękką, elastyczną elektrodę ułożoną na włóknach nerwowych rdzenia kręgowego, pod kręgami. Elektroda wysyła sygnały elektryczne do nerwów rdzenia kręgowego, które kontrolują mięśnie nóg i tułowia i jest kontrolowana przez oprogramowanie na tablecie, które instruuje określone czynności, takie jak stanie, chodzenie, jazda na rowerze czy ruch nogami podczas pływania.
- Nasze nowe, miękkie elektrody są przeznaczone do umieszczania pod kręgami, bezpośrednio na rdzeniu kręgowym. Mogą modulować neurony regulujące określone grupy mięśni. Kontrolując te implanty, możemy aktywować rdzeń kręgowy tak, jak robiłby to mózg naturalnie, aby na przykład pacjent stał, chodził, pływał lub jeździł na rowerze. Wszyscy trzej pacjenci byli w stanie stać, chodzić, pedałować, pływać i kontrolować ruchy tułowia w ciągu zaledwie jednego dnia, po aktywacji implantów. To dzięki specjalnym programom stymulacyjnym, które napisaliśmy dla każdego rodzaju aktywności. Pacjenci mogą wybrać żądaną aktywność na tablecie, a odpowiednie protokoły są przekazywane do neurostymulatora w jamie brzusznej – wyjaśnił Courtine.
Po pięciomiesięcznym treningu z tą technologią wszystkie trzy osoby odzyskały pełną zdolność do obciążania nóg, co zaowocowało zdolnością stania przez dłuższy czas. W miarę jak ich kontrola motoryczna poprawiała się z czasem, zaczęli brać udział w bardziej zaawansowanych zajęciach rekreacyjnych poza laboratorium, takich jak kajakarstwo.
Badacze planują w tym roku większą próbę implantów, aby przetestować ich wpływ na ciśnienie krwi, ponieważ urazy rdzenia kręgowego mogą zakłócić jego regulację. Implanty nie będą dostępne poza badaniami przez co najmniej kilka lat, zapowiada Bloch. Uczeni muszę jeszcze dopracować swój sprzęt i sprawdzić go w innych badaniach. Chcą też zminiaturyzować komputer, który aktywuje impulsy, aby można go było wszczepić pacjentom i kontrolować za pomocą smartfona. Planują też przeprowadzenia badań na dużą skalę z udziałem 50-100 pacjentów w Stanach Zjednoczonych, a następnie w Europie.
Źródło: New Scientist, IFLScience, The Science Times, fot. PxHere
