211service.com
Sparaliżowane szczury znowu chodzą
Szczury sparaliżowane przez uraz rdzenia kręgowego mogą ponownie nauczyć się kontrolować swoje tylne kończyny, jeśli zostaną wytrenowane do chodzenia w urządzeniu rehabilitacyjnym, podczas gdy ich dolny kręgosłup jest stymulowany elektrycznie i chemicznie. Próba kliniczna przy użyciu podobnego systemu stworzonego dla ludzi może rozpocząć się w ciągu najbliższych kilku lat.
Naukowcy ze Szwajcarii wykorzystali stymulację elektryczną i chemiczną do pobudzenia neuronów w dolnym rdzeniu kręgowym sparaliżowanych szczurów, podczas gdy gryzonie były zawieszone na kamizelce, która zmuszała je do chodzenia tylko za pomocą tylnych nóg. Procedura rehabilitacyjna doprowadziła do powstania nowych połączeń neuronalnych między ruchową korą ruchową mózgu a dolną częścią kręgosłupa, donoszą naukowcy w Nauka.
Wcześniejsze badania wykazały, że możliwe jest odwrócenie niektórych skutków urazu rdzenia kręgowego poprzez obejście normalnego połączenia między mózgiem a nogami, które zostało przerwane przez uraz. Na przykład, chodzenie może zostać wywołane u szczurów z uszkodzeniem rdzenia kręgowego, jeśli ich kręgosłup jest stymulowany. Ale do tej pory taki ruch był mimowolny. Te nowe badania pokazują, że dzięki specjalistycznemu systemowi treningowemu podobne szczury mogą odzyskać dobrowolną kontrolę nad swoimi nogami.
Raport opublikowany w zeszłym roku pokazał dowód na to, że tego rodzaju podejście może działać u pacjentów, mówi Gregoire Courtine , starszy autor badania na szczurach. W maju 2011 roku, 25-letni Rob Summers, który został sparaliżowany od klatki piersiowej w dół w wypadku samochodowym, stał przez kilka minut sam z elektryczną stymulacją rdzenia kręgowego. Mógł również wykonywać powtarzane kroki na bieżni ze stymulacją, która aktywuje obszary w dolnej części rdzenia kręgowego, które kontrolują chodzenie. Lokomocja wynikająca z tego rodzaju stymulacji jest automatyczna i mimowolna i uważa się, że nie wymaga bezpośredniej komunikacji z mózgu.
Courtine wykazała wcześniej, że ten typ automatycznego chodu może inicjować wzorce chodzenia w tylnych kończynach szczurów z uszkodzeniem rdzenia kręgowego, które były stymulowane kręgosłupowo podczas chodzenia na bieżni. Ponieważ kręgosłup mógł kontrolować wzorzec chodzenia, Courtine podejrzewała, że tylko słaby sygnał z mózgu byłby niezbędny, aby zwierzęta zaczęły dobrowolnie chodzić.
Aby sprawdzić, czy szczury mogą odzyskać kierowaną przez mózg kontrolę nad tymi ruchami, on i jego zespół opracowali robotyczny system wsparcia, który podtrzymuje szczury w dwunożnej postawie stojącej i pomaga w utrzymaniu równowagi, ale nie zapewnia żadnego pędu do przodu. Dziesięć sparaliżowanych szczurów codziennie trenowano, by chodzić ze stymulacją zarówno na bieżni, jak iw systemie robota. Po dwóch do trzech tygodniach szczury dobrowolnie stawiały pierwsze kroki. To pierwszy raz, kiedy widzieliśmy dobrowolną kontrolę lokomocji u zwierzęcia z [urazem], który normalnie powoduje jego całkowite sparaliżowanie, mówi Courtine.
Kluczem do tego powrotu do zdrowia była aktywna rola mózgu szczura w chęci poruszania się naprzód. Stymulacja elektryczna i chemiczna wprowadza układ nerwowy szczura w stan, w którym chodzenie jest możliwe, mówi współautorka badania Janine Heutschi, a następnie musisz sprawić, by szczur chciał chodzić. Chęć chodzenia szczurów była motywowana nagrodami z czekolady i zachętą głosową ze strony naukowców (co można usłyszeć w: ten film ze Szwajcarskiego Federalnego Instytutu Technologii). Zrobotyzowany system zawieszenia zmusza gryzonie do używania uśpionych tylnych kończyn i nie ciągnięcia się do przodu wciąż sprawnymi kończynami przednimi.
Połączenie stymulacji elektrochemicznej i aktywnego treningu, który obejmował wchodzenie po schodach i omijanie przeszkód, zaowocowało nowymi połączeniami neuronalnymi, które omijały miejsce urazu. Promowaliśmy szeroko zakrojoną przebudowę połączeń neuronalnych nie tylko w miejscu urazu, ale w całym ośrodkowym układzie nerwowym, w tym w mózgu, mówi Courtine. Najbardziej zaskakujący, jak mówi, był czterokrotny wzrost projekcji neuronalnych wysyłanych do pnia mózgu z kory ruchowej, która zapewnia świadomą kontrolę ruchów. Kora ruchowa staje się mistrzem procesu reorganizacji.
Świadomy zamiar szczurów był również niezbędny do przebudowy. Układy nerwowe szczurów, które otrzymały stymulację elektrochemiczną, ale trenowały tylko na bieżniach, nie wykazywały zmian anatomicznych. Musisz włączyć wkład z mózgu, mówi Heutschi. Nie działa, jeśli szczur jest na bieżni; musisz zmusić je do używania mózgu do kontrolowania tylnych kończyn.
Kliniczne znaczenie wyników jest niejasne, według neurologa z Rutgers University mądry młody , z powodu niezwykłego urazu chirurgicznego u eksperymentalnych szczurów (dwa nacięcia po każdej stronie pępowiny na różnych wysokościach). Bardziej istotnym urazem byłoby stłuczenie lub stłuczenie rdzenia kręgowego, mówi.
Jednak inni eksperci uważają, że wyniki są obiecujące dla tych pacjentów z uszkodzeniem rdzenia kręgowego, którzy nie mają pełnego przecięcia rdzenia. Mimo że wszystkie połączenia między mózgiem a dolnym rdzeniem kręgowym zostały zakłócone u eksperymentalnych szczurów, istnieją pewne pozostałe włókna, więc piękno ich technologii polega na wykorzystaniu zrobotyzowanego systemu treningowego do aktywacji tych pozostałych połączeń, które pozwalają kory kontrolować kończyn i odzyskać dobrowolny ruch, mówi Zhigang He , neurolog z Harvard Medical School. Ten zrobotyzowany system szkoleniowy sprawia, że tak się dzieje, mówi.
Obecnie trwają plany opracowania wersji systemu szkoleniowego dostosowanej do rozmiarów człowieka i przetestowania jego efektów w badaniach klinicznych w Europie. Naukowcy ze Szwajcarskiego Federalnego Instytutu Technologii i innych instytucji europejskich pracują również nad ulepszoną, wszczepialną wersją systemu elektrycznej stymulacji kręgosłupa, który może trafić do ludzi w przyszłym roku.