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 samen de wervelkolom vormen. Onze wervelkolom bevat verschillende zenuwen die vanuit onze hersenen tot aan de onderrug lopen. Ons ruggenmerg is een groep zenuwen en bijbehorend weefsel waaruit deze wervels van de wervelkolom bestaan ​​en die ze beschermen. Het ruggenmerg is verantwoordelijk voor het doorgeven van boodschappen (signalen) van de hersenen naar verschillende delen van ons lichaam en vice versa. Dankzij deze overdracht kunnen we pijn voelen en onze handen en benen bewegen. Een ruggenmergletsel is een extreem ernstig fysiek trauma waarbij het ruggenmerg beschadigd raakt. Wanneer het ruggenmerg beschadigd raakt, worden sommige impulsen vanuit onze hersenen niet meer naar verschillende delen van het lichaam overgebracht. Dit resulteert in volledig verlies van gevoel, kracht en mobiliteit in het gebied onder de plaats van het letsel. En als het letsel zich dicht bij de nek bevindt, leidt dit tot verlamming in een groot deel van het lichaam. Een ruggenmergletsel is zeer traumatisch en heeft een aanzienlijke impact op het dagelijks leven van de patiënt, met blijvende fysieke, mentale en emotionele gevolgen.

Nieuwe veelbelovende studie

Momenteel bestaat er geen genezing voor de schade die een ruggenmergletsel veroorzaakt, omdat deze onomkeerbaar is. Sommige vormen van behandeling en revalidatie helpen patiënten echter om een ​​zinvol en zelfstandig leven te leiden. Er wordt veel onderzoek gedaan in de hoop dat het ooit mogelijk zal zijn om ruggenmergletsels volledig te genezen. In een baanbrekende studie heeft een team van wetenschappers van de École Polytechnique Fédérale de Lausanne en het Universitair Ziekenhuis van Lausanne in Zwitserland een nieuwe therapie ontwikkeld om het herstel na een ruggenmergletsel te bevorderen. Deze studie, genaamd STIMO (STImulation Movement Overground), is gepubliceerd in Nature ¹ en Nature Neuroscience ^2. De wetenschappers stellen dat hun bevindingen gebaseerd zijn op de inzichten die ze hebben opgedaan door jarenlang onderzoek met diermodellen.

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 baanbrekend onderzoek voor patiënten met verschillende vormen van chronische ruggenmergletsels en biedt hoop dat ze met de juiste training kunnen herstellen. De start-up GTX Medical, mede opgericht door de auteurs van deze studie, werkt aan het ontwerpen en ontwikkelen van op maat gemaakte neurotechnologie die kan worden ingezet voor revalidatie binnen de gezondheidszorg. Deze technologie zal bovendien veel eerder worden getest, namelijk direct na het letsel, wanneer de kans op herstel veel groter is omdat het neuromusculaire systeem van het lichaam nog niet volledig is verzwakt door chronische verlamming.

***

Bron (nen)

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

2. Asboth L et al. 2018. Reorganisatie van het cortico-reticulo-spinale circuit maakt functioneel herstel mogelijk na een ernstige kneuzing van het ruggenmerg. Nature Neuroscience. 21(4). https://doi.org/10.1038/s41593-018-0093-5

***