Behandeling van verlamming met behulp van een nieuwe methode van neurotechnologie

Studie had herstel van verlamming aangetoond met behulp van een nieuwe methode van neurotechnologie

De wervels in ons lichaam zijn botten die de wervelkolom vormen. Onze ruggengraat bevat verschillende zenuwen die zich uitstrekken van onze hersenen tot aan de onderrug. Ons spinal cord is een groep zenuwen en aanverwant weefsel waaruit deze wervel van de wervelkolom bestaat en die bescherming biedt. Het ruggenmerg is verantwoordelijk voor het overbrengen van berichten (signalen) van de hersenen naar verschillende delen van ons lichaam en vice versa. Door deze overdracht kunnen we pijn voelen of onze handen en benen bewegen. Een dwarslaesie is een extreem ernstig lichamelijk trauma wanneer schade wordt toegebracht aan het ruggenmerg. Wanneer het ruggenmerg een verwonding oploopt, "mislukken" sommige impulsen van onze hersenen om naar verschillende delen van het lichaam te worden afgeleverd. Dit resulteert in een volledig verlies van gevoel, kracht en mobiliteit overal onder de plaats van de verwonding. En als het letsel zich dicht bij de nek voordoet, resulteert dit in verlamming door een groot deel van het lichaam. Verwonding van het ruggenmerg is zeer traumatisch en heeft een aanzienlijke impact op het dagelijks leven van de patiënt met blijvende fysieke, mentale en emotionele effecten.

Nieuwe veelbelovende studie

Momenteel is er geen remedie om schade veroorzaakt door een dwarslaesie te herstellen, omdat het onomkeerbaar is. Sommige vormen van behandeling en revalidatie helpen patiënten om een ​​vruchtbaar en onafhankelijk leven te leiden. Er wordt veel onderzoek gedaan in de hoop dat het ooit mogelijk zou zijn om dwarslaesies volledig te behandelen. In een baanbrekende studie heeft een team van wetenschappers van de Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne en het Lausanne University Hospital in Zwitserland een nieuwe therapie ontworpen om het herstel van een dwarslaesie te bevorderen. Deze studie genaamd STIMO (STImulation Movement Overground) is gepubliceerd in: NATUUR¹  en  Nature Neuroscience². Wetenschappers stellen dat hun bevindingen zijn gebaseerd op het begrip dat ze hebben opgedaan bij het analyseren van diermodellen door jarenlang onderzoek.

Wetenschappers wilden het realtime-gedrag van hersenen en ruggenmerg nabootsen. De deelnemers aan dit onderzoek waren drie dwarslaesiepatiënten die cervicaal ruggenmergletsel hadden opgelopen en al vele jaren verlamd waren (minimaal vier). Ze hadden allemaal verschillende revalidaties ondergaan en hoewel er neurale verbindingen waren op de plaats van de verwonding, kwamen ze niet in beweging. Nadat ze het nieuwe revalidatieprotocol hadden ondergaan dat in het huidige onderzoek wordt beschreven, konden ze binnen een week lopen met behulp van krukken of een rollator, wat aantoonde dat ze de vrijwillige controle over de beenspieren die verlamd waren geraakt nadat ze een verwonding hadden opgelopen, herstelden.

Onderzoeken hebben dit bereikt door 'gerichte elektrische stimulatie van zenuwcellen' in het ruggenmerg van het hout, samen met therapie met gewichtsondersteuning. De elektrische stimulatie van het ruggenmerg gebeurde met zeer hoge precisie en dit maakte deze studie uniek. De stimulatie was als korte elektrische schokken die signalen zouden versterken en de hersenen en benen van verlamde deelnemers zouden helpen beter te communiceren. Voor dit doel werden implantaten - een reeks elektroden (16 elektroden op een pulsgenerator) - op het ruggenmerg geplaatst, zodat onderzoekers zich op verschillende individuele spieren in de benen van de deelnemer konden richten. Dit implantaat, een machine ter grootte van een luciferdoosje, was oorspronkelijk ontworpen voor de behandeling van spierpijn. Het was technologisch een uitdaging om dit apparaat operatief te kunnen implanteren op specifieke gebieden in het ruggenmerg. Verschillende configuraties van deze elektroden in de implantaten activeerden gerichte gebieden van het ruggenmerg en bootsten signalen/berichten na die aan de hersenen moesten worden afgegeven om te kunnen lopen. Naast elektrische stimulatie moesten patiënten ook zelf 'denken' over het bewegen van hun benen om eventuele slapende neuronverbindingen te wekken.

Training

Het was belangrijk voor de deelnemers om een ​​precieze tijd en locatie van de elektrische stimulatie te hebben om een ​​bepaalde beweging te produceren. Gerichte pulsen van elektriciteit werden geleverd door een draadloos controlesysteem. Het was een uitdaging voor de deelnemers om de coördinatie tussen de 'intentie' van hun eigen hersenen om te lopen en de externe elektrische stimulatie aan te passen en te verfijnen. Het experiment leidde tot een betere neurologische functie en stelde de deelnemers in staat om gedurende langere tijd op natuurlijke wijze bovengrondse loopvaardigheden in het laboratorium te trainen. Na een week konden alle drie de deelnemers meer dan een kilometer handsfree lopen met behulp van gerichte elektrische stimulatie en een lichaamsgewichtondersteuningssysteem. Ze ondervonden geen vermoeidheid van de beenspieren en hun stapkwaliteit was consistent, zodat ze comfortabel konden deelnemen aan lange trainingssessies.

Na vijf maanden training verbeterde de vrijwillige spiercontrole van alle deelnemers aanzienlijk. Zo'n lange en intensieve trainingssessie bleek erg goed te zijn voor het behoud van plasticiteit door gebruik te maken van het inherente vermogen van ons zenuwstelsel om zenuwvezels te 'reorganiseren' en nieuwe zenuwverbindingen te laten groeien. Langere training leidde tot een verbeterde en consistente motorfunctie, zelfs nadat externe elektrische stimulaties waren uitgeschakeld.

Eerdere studies die gebruik maakten van empirische benaderingen waren succesvol, waarbij maar weinig mensen met een dwarslaesie met behulp van loophulpmiddelen weinig stappen konden zetten over een korte afstand, zolang er maar elektrische stimulatie werd gegeven. Toen stimulaties werden uitgeschakeld keerde hun vorige toestand terug, waarbij patiënten geen beenbewegingen konden activeren en dit komt omdat de patiënten niet 'genoeg getraind' waren. Een uniek aspect van de huidige studie is dat neurologische functies aanhielden, zelfs nadat de training was beëindigd en elektrische stimulatie was uitgeschakeld, hoewel deelnemers veel beter liepen als de stimulaties aan waren. Deze trainingsbehandeling heeft mogelijk geholpen om de neurale verbindingen tussen hersenen en ruggenmerg, die als gevolg van een blessure niet meer functioneerden, weer op te bouwen en te versterken. Wetenschappers waren opgetogen over de onverwachte reactie van het menselijk zenuwstelsel op hun experiment.

Dit is een baanbrekend onderzoek voor patiënten die verschillende soorten chronische ruggenmergletsels hebben opgelopen en er is hoop ontstaan ​​dat ze met de juiste training kunnen herstellen. Start-up bedrijf genaamd GTX medical, mede opgericht door de auteurs van deze studie, wil op maat ontwerpen en ontwikkelen neurotechnologie die kunnen worden gebruikt om revalidatie binnen de gezondheidszorg te bieden. Een dergelijke technologie zal ook veel eerder worden getest, dwz onmiddellijk na een blessure wanneer het herstelpotentieel veel hoger is, aangezien het neuromusculaire systeem van het lichaam geen volledige atrofie heeft ondergaan die gepaard gaat met chronische verlamming.

***

Bron (nen)

1. Wagner FB et al 2018. Gerichte neurotechnologie herstelt het lopen bij mensen met een dwarslaesie. Natuur. 563 (7729). https://doi.org/10.1038/s41586-018-0649-2

2. Asboth L et al. 2018. Cortico-reticulo-spinale circuitreorganisatie maakt functioneel herstel mogelijk na ernstige kneuzing van het ruggenmerg. Natuur neurowetenschap. 21(4). https://doi.org/10.1038/s41593-018-0093-5

***