Naukowcy z EPFL i CHUV byli pionierami nowej metody wykorzystującej głęboką stymulację mózgu w bocznym podwzgórzu w celu poprawy regeneracji motorycznej u pacjentów po urazie rdzenia kręgowego, co prowadzi do znacznej długoterminowej poprawy mobilności i niezależności.
Naukowcy z EPFL i Szpitala Uniwersyteckiego w Lozannie (CHUV), pod kierownictwem profesorów Grégoire Courtine i Jocelyne Bloch, osiągnęli znaczący kamień milowy w leczeniu urazów rdzenia kręgowego (SCI). Stosując głęboką stymulację mózgu (DBS) w nieoczekiwanym obszarze mózgu – podwzgórzu bocznym (LH) – zespół usprawnił powrót do sprawności ruchowej kończyn dolnych u dwóch osób po częściowym urazie rdzenia, znacznie zwiększając ich autonomię i ogólne samopoczucie.
Wolfgang Jäger, 54-latek z Kappel w Austrii, od 2006 roku porusza się na wózku inwalidzkim po wypadku na nartach, w wyniku którego doznał urazu rdzenia kręgowego. Uczestnicząc w badaniu klinicznym, doświadczył na własnej skórze, jak głęboka stymulacja mózgu może przywrócić mu mobilność i niezależność. „W zeszłym roku na wakacjach przejście kilku kroków w dół i z powrotem do morza przy użyciu stymulacji nie stanowiło żadnego problemu” – podzielił się Jäger, opisując nowo odkrytą swobodę, jaką zapewnił mu DBS. Oprócz chodzenia terapia poprawiła codzienne wykonywanie zadań. „Mogę też sięgnąć do rzeczy z szafek w kuchni” – dodał.
DBS to dobrze ugruntowana technika neurochirurgiczna polegająca na wszczepianiu elektrod w określone obszary mózgu w celu modulowania aktywności nerwowej. Tradycyjnie DBS stosowano w leczeniu zaburzeń ruchowych, takich jak choroba Parkinsona i drżenie samoistne, poprzez oddziaływanie na obszary mózgu odpowiedzialne za kontrolę motoryczną. Jednak zastosowanie DBS do bocznego podwzgórza w leczeniu częściowego paraliżu jest nowym podejściem. Koncentrując się na LH, naukowcy z .Neurorestore wykorzystali nieoczekiwaną ścieżkę neuronową, która nie była wcześniej brana pod uwagę w kontekście regeneracji motorycznej.
W badaniu opublikowanym w Medycyna Natury, Badanie DBS nie tylko wykazało natychmiastowe rezultaty w postaci poprawy chodu podczas rehabilitacji, ale pacjenci wykazali także długoterminową poprawę, która utrzymywała się nawet po wyłączeniu stymulacji. Odkrycia te sugerują, że leczenie sprzyjało reorganizacji pozostałych włókien nerwowych, co przyczynia się do trwałej poprawy stanu neurologicznego.
„To badanie pokazuje, że mózg jest potrzebny do regeneracji po paraliżu. Co zaskakujące, mózg nie jest w stanie w pełni wykorzystać projekcji neuronowych, które przetrwały po uszkodzeniu rdzenia kręgowego. Tutaj odkryliśmy, jak wykorzystać niewielki obszar mózgu, o którym nie wiadomo, czy bierze udział w procesie chodzenia, aby zaangażować te resztkowe połączenia i przyspieszyć powrót do zdrowia neurologicznego u osób po urazie rdzenia kręgowego” – mówi Courtine, profesor neurologii w EPFL, Szpitalu Uniwersyteckim w Lozannie (CHUV) i UNIL oraz współdyrektor centrum .NeuroRestore.
Podstawy neurologii w połączeniu z neurochirurgiczną precyzją
Sukces terapii DBS zależał od dwóch uzupełniających się podejść: odkryć dokonanych dzięki nowatorskim metodologiom w badaniach na zwierzętach oraz przełożenia tych odkryć na precyzyjne techniki chirurgiczne u ludzi. Podczas operacji naukowcy wykorzystali szczegółowe skany mózgu, aby wskazać dokładne położenie małych elektrod w mózgu, wykonane przez Blocha w CHUV, gdy pacjent był w pełni przytomny.
„Kiedy elektroda znalazła się na miejscu i przeprowadziliśmy stymulację, pierwszy pacjent natychmiast powiedział: „Czuję nogi”. Kiedy zwiększyliśmy stymulację, powiedziała: „Czuję potrzebę chodzenia!”. Informacje uzyskiwane w czasie rzeczywistym potwierdziły, że wybraliśmy właściwy region, nawet jeśli region ten nigdy nie był kojarzony z kontrolą nóg u ludzi. W tym momencie wiedziałem, że jesteśmy świadkami ważnego odkrycia dotyczącego anatomicznej organizacji funkcji mózgu” – mówi Bloch, neurochirurg i profesor Szpitala Uniwersyteckiego w Lozannie (CHUV), UNIL i EPFL oraz współdyrektor centrum .NeuroRestore .
Rola podwzgórza bocznego w regeneracji chodu
Identyfikacja LH jako kluczowego czynnika w regeneracji motorycznej po paraliżu sama w sobie jest ważnym odkryciem naukowym, biorąc pod uwagę, że ten region tradycyjnie kojarzono jedynie z funkcjami takimi jak pobudzenie i karmienie. Ten przełom nastąpił w wyniku opracowania nowatorskiej, wieloetapowej metodologii, która rozpoczęła się od mapowania anatomicznego i funkcjonalnego całego mózgu w celu ustalenia roli tego regionu w chodzeniu, a następnie przeprowadzono eksperymenty na modelach przedklinicznych w celu ustalenia dokładnych obwodów zaangażowanych w powrót do zdrowia. Ostatecznie wyniki te doprowadziły do badań klinicznych na ludziach.
„To badania podstawowe, polegające na stworzeniu szczegółowych map obejmujących cały mózg, pozwoliły nam zidentyfikować podwzgórze boczne podczas regeneracji chodu. Bez tej fundamentalnej pracy nie odkrylibyśmy nieoczekiwanej roli, jaką odgrywa ten region w regeneracji chodu” – mówi Jordan Squair, główny autor badania.
Zaawansowana platforma obrazowania w Wyss Center odegrała kluczową rolę w tych badaniach, zapewniając możliwości obrazowania o wysokiej rozdzielczości, które umożliwiły zespołowi mapowanie anatomicznej i funkcjonalnej aktywności neuronów w mózgu, umożliwiając identyfikację bocznego podwzgórza.
Połączenie DBS z implantami kręgosłupa w celu lepszego powrotu do zdrowia
Te niezwykłe wyniki torują drogę nowym zastosowaniom terapeutycznym przyspieszającym powrót do zdrowia po urazie rdzenia kręgowego. Przyszłe badania będą dotyczyć integracji DBS z innymi technologiami, takimi jak implanty kręgosłupa wykazały już swój potencjał w przywracaniu ruchu po SCI. „Integracja naszych dwóch podejść — stymulacji mózgu i kręgosłupa — zapewni bardziej kompleksową strategię powrotu do zdrowia pacjentów z urazami rdzenia kręgowego” – mówi Courtine.
Odniesienie: „Głęboka stymulacja podwzgórza poprawia chodzenie po urazie rdzenia kręgowego” autorstwa Newton Cho, Jordan W. Squair, Viviana Aureli, Nicholas D. James, Léa Bole-Feysot, Inssia Dewany, Nicolas Hankov, Laetitia Baud, Anna Leonhartsberger, Kristina Sveistyte , Michael A. Skinnider, Matthieu Gautier, Achilleas Laskaratos, Katia Galan, Maged Goubran, Jimmy Ravier, Frederic Merlos, Laura Batti, Stéphane Pages, Nadia Berard, Nadine Intering, Camille Varescon, Anne Watrin, Léa Duguet, Stefano Carda, Kay A. Bartholdi, Thomas H. Hutson, Claudia Kathe, Michael Hodara, Mark A. Anderson, Bogdan Draganski, Robin Demesmaeker, Leonie Asboth, Quentin Barraud, Jocelyne Bloch i Grégoire Courtine, 2 grudnia 2024 r., Medycyna Natury.
DOI: 10.1038/s41591-024-03306-x
