Hjärnimplantat hjälper förlamade apor att gå igen
I ett stort och lovande steg mot en framtida elektronisk behandling mot ryggmärgsskador med s.k. neurala proteser, har schweiziska forskare lyckats få delvis förlamade apor att kunna gå igen. Genom ett hjärnimplantat som tolkar och avkodar rörelseavsikter från hjärnans signaler och stimulerar ryggmärgen, förstärks de avsedda rörelserna så att det förlamade benet kan fungera igen. Forskningsresultaten, som måste följas upp av fler djurstudier innan innovationen – som kallas brain-spine-interface – kan testas på människor, har publicerats i tidskriften Nature.
En framtid där människor med paraplegi, d.v.s. förlorad funktion i benen orsakat av ryggmärgsskada, kan gå igen är minst sagt en spännande vision. Kan forskarna bekräfta de nya forskningsrönen öppnas möjligheter att utveckla och testa en gränssnittsterapi med neurala proteser även på människor, som kopplar samman hjärnans motoriska cortex och ryggraden med benen.
Avancerad signaltolkning
För att kunna utföra testerna utvecklades ett gränssnitt som på ett korrekt sätt kunde leverera ryggmärgsstimulering baserat på rörelseavsikter avkodade från hjärnans signaler. Denna process styrde forskarna genom ett program som samlar 30 000 hjärnsignaler per sekund från 96 elektroder, som bearbetar alla data i realtid i en dator och sedan fattar beslut om dessa kan identifieras som en avsikt att röra benet. Medan andra försök att reparera ryggmärg har fokuserat på stamcellsterapi och kombinationer av elektrisk och kemisk stimuli av ryggmärgen, tillfogades aporna i denna studie skador på ryggmärgen kopplade till förmågan att röra ena benet. Att skadorna skulle kunna självläka var ett etiskt krav i studien, men det innebär samtidigt att det inte går att direkt överföra resultaten till människor, där de flesta patienter med paraplegi har mycket allvarliga skador.
En trådlös brygga mellan hjärna och bakben
Studierna som utfördes vid École Polytechnique Fédérale i Lausanne, Schweiz, har skapat en trådlös brygga mellan apornas hjärnor och bakbenen, vilken gör att de kan gå längs ett löpband med en trevande gång. I den nya innovationen ingår ett hjärnimplantat som känner av apans avsikt att gå, elektroder fästa vid den nedre ryggmärgen som stimulerar gångmusklerna, samt en trådlös anslutning mellan de två. Om apan tänkte på att gå, utlöste det en förprogrammerad sekvens av elektriska stimuli till den nedre ryggmärgen. Utan hjälp från systemet hoppade apan längs ett löpband med det skadade benet dinglande, men när systemet aktiverades började apan höja och sänka benet och lägga kroppsvikt på den.
Experimenten utfördes av ett internationellt team lett av Grégoire Courtine, en neurolog som specialiserat sig på epidural elektrisk stimulering, eller retning av den nedre ryggmärgen för att provocera fram klivande rörelser. Till skillnad från armrörelser, är gångrörelser mer automatiserat koordinerade av ryggmärgen på ett delvist oberoende sätt, och Courtines team har tidigare visat att de kunde få en förlamad råtta att gå genom att stimulera dess ryggrad.
Tidigare studier har successivt visat alltmer lovande resultat
Forskarteamet har arbetat på att återställa förmågan att gå hos förlamade råttor under de senaste tio åren. En artikel publicerad i Nature Neuroscience 2009 visade att epidural ryggmärgsstimulering kan återställa rörelse i förlamade råttor. En följande studie publicerad i Science 2012 visade att ett liknande tillvägagångssätt kunde återställa frivilliga rörelser ben i förlamade råttor. Mångsidigheten med epidural ryggmärgsstimulering kunde därefter visas i en studie publicerad i Science Translational Medicine två år senare, där förlamade råttor klättrade i trappor med hjälp av datorstyrd stimulering. Slutligen visade en studie som publicerades i Nature Medicine tidigare i år de tydliga fördelarna med spatialt och tidsmässigt modulerad ryggmärgsstimulans jämfört med en kontinuerlig stimulering av specifika platser i kroppen.
Den nu genomförda studien på apor är följaktligen en naturlig förlängning på och en mer avancerad utveckling av de tidigare studierna, och tillsammans tycks de peka mot att man har kommit närmare en lösning för att “bota” förlamade. Men någon bot i dess egentliga bemärkelse kommer det sannolikt inte bli tal om – det vill säga att känseln återkommer – men det kan möjligen leda till att förlamade människor kommer kunna gå igen, eller att deras vardag i någon mån förenklas. Att man har övergått från möss till apor är ytterligare ett tecken på att man nu närmar sig studier på människa då gnagare inte har en likartad och tillnärmelsevis lika avancerad evolution i hjärnans motoriska cortex varifrån rörelse styrs, medan apors utveckling mer liknar vår, även om inte heller apornas hjärna är optimal att jämföra med.
Vilka kan potentiellt hjälpas av behandlingen i framtiden?
En stor andel ryggmärgsskador orsakas i arbetsrelaterade situationer eller bilolyckor, och hos majoriteten av de drabbade har någon del av kroppen skonats från förlamning. Potentiellt menar forskarna att alla människor med kvarvarande funktionsduglig motorik skulle kunna få hjälp med den nya tekniken som är under utveckling.
Parallellt med att den schweiziska forskargruppen genomför en klinisk prövning för att utvärdera de terapeutiska effekterna av ryggmärgsstimulans hos personer med ryggmärgsskada, så fortsätter man att förbättra den innovation man har tagit fram, samt arbetar för att säkra regulatoriska godkännanden och finansiering av en klinisk prövning för att testa genomförbarheten och effektiviteten av terapin som nu testats på apor. Om allt går som planerat räknar man med att utvärdera terapin i en klinisk prövning inom de närmaste fem till tio åren.
Flera av de komponenter som använts har redan godkänts för forskning på människor, och inom några år hoppas forskarna därför kunna utföra experiment för att återställa kopplingen mellan hjärnan och benen hos förlamade människor.
Läs mer om studien i Nature här
I videon nedan förklarar Professor Gregoire Courtine vid École Polytechnique Fédérale de Lausanne hur ‘brain-spine-interface’ fungerar.
Få fler nyheter och analyser direkt i mobilen med BioStocks mobilapp!
