Una neurotecnologia che stimola il midollo spinale migliora istantaneamente la mobilità del braccio e della mano, consentendo alle persone colpite da ictus da moderato a grave di svolgere più facilmente le normali attività quotidiane, riferiscono i ricercatori dell’Università di Pittsburgh e della Carnegie Mellon University sulla rivista Nature Medicine.
Un paio di sottili elettrodi metallici simili a fili di spaghetti impiantati lungo il collo attivano circuiti neurali intatti, consentendo ai pazienti colpiti da ictus di aprire e chiudere completamente il pugno, sollevare il braccio sopra la testa o usare una forchetta e un coltello per tagliare un pezzo di bistecca per la prima volta da anni.
Utilizzando la stimolazione elettrica del midollo spinale, i ricercatori dell’Università di Pittsburgh e della Carnegie Mellon University aiutano a ripristinare il movimento del braccio e della mano nei pazienti sopravvissuti a gravi ictus.
“Abbiamo scoperto che la stimolazione elettrica di specifiche regioni del midollo spinale consente ai pazienti di muovere il braccio in modi che non sarebbero in grado di fare senza la stimolazione. Forse ancora più interessante, abbiamo scoperto che dopo alcune settimane di utilizzo, alcuni di questi miglioramenti persistono quando la stimolazione viene interrotta, indicando strade entusiasmanti per il futuro delle terapie per l’ictus“, ha affermato il corrispondente e co-autore senior Marco Capogrosso, Ph. D., assistente professore di chirurgia neurologica al Pitt.
“Grazie ad anni di ricerca preclinica, abbiamo sviluppato un protocollo di stimolazione pratico e facile da usare adattando le tecnologie cliniche esistenti approvate dalla FDA che potrebbero essere facilmente trasferite all’ospedale e rapidamente trasferite dal laboratorio alla clinica”.
Quando si tratta di ictus, i medici prevedono un futuro cupo: a livello globale, un adulto su quattro di età superiore ai 25 anni subirà un ictus nel corso della sua vita e il 75% di queste persone avrà deficit duraturi nel controllo motorio del braccio e della mano, con gravi limiti per la loro autonomia fisica.
La stimolazione elettrica del midollo spinale migliora la gamma di movimenti della mano e del braccio (apertura della mano e abduzione della spalla).
Attualmente, nessun trattamento è efficace per il trattamento della paralisi nella cosiddetta fase cronica dell’ictus, che inizia circa sei mesi dopo l’incidente. La nuova tecnologia, affermano i ricercatori, ha il potenziale per offrire speranza alle persone che vivono con menomazioni che altrimenti sarebbero considerate permanenti.
“La creazione di soluzioni di neuroriabilitazione efficaci per le persone affette da compromissione del movimento dopo l’ictus sta diventando sempre più urgente“, ha affermato la coautrice senior Elvira Pirondini, Ph.D., assistente professore di medicina fisica e riabilitazione presso Pitt. “Anche i lievi deficit derivanti da un ictus possono isolare le persone dalla vita sociale e professionale e diventare molto debilitanti, con menomazioni motorie del braccio e della mano che sono particolarmente faticose e impediscono le semplici attività quotidiane, come scrivere, mangiare e vestirsi“.
Questo è un classico compito di manipolazione di scatole e blocchi, in cui al partecipante viene chiesto di spostare piccoli oggetti cubici da un lato all’altro di una scatola afferrandoli e sollevandoli oltre una barriera. Con la stimolazione attiva, il partecipante ha costantemente ottenuto risultati migliori; il giorno 17 dopo l’impianto, ha più che raddoppiato il numero di blocchi trasferiti quando la stimolazione era disattivata. Il suo punteggio è aumentato da sei blocchi senza stimolazione a 14 blocchi durante la stimolazione.
La tecnologia di stimolazione del midollo spinale utilizza una serie di elettrodi posizionati sulla superficie del midollo spinale per fornire impulsi di elettricità che attivano le cellule nervose all’interno del midollo spinale. Questa tecnologia è già utilizzata per trattare il dolore persistente di alto grado. Inoltre, numerosi gruppi di ricerca in tutto il mondo hanno dimostrato che la stimolazione del midollo spinale può essere utilizzata per ripristinare il movimento delle gambe dopo una lesione del midollo spinale.
Ma la destrezza unica della mano umana, combinata con l’ampia gamma di movimenti del braccio alla spalla e la complessità dei segnali neurali che controllano il braccio e la mano, aggiungono una serie di sfide significativamente più elevate.
La stimolazione del midollo spinale ha consentito il raggiungimento simultaneo, la supinazione dell’avambraccio e la presa, consentendo a un partecipante di raggiungere, afferrare e sollevare una lattina di zuppa. Senza stimolazione, la pronazione e la supinazione dell’avambraccio non erano possibili.
Dopo anni di ampi studi preclinici che hanno coinvolto la modellazione al computer e test sugli animali in scimmie macaco con paralisi parziale del braccio, i ricercatori sono stati autorizzati a testare questa terapia ottimizzata sugli esseri umani.
“I nervi sensoriali del braccio e della mano inviano segnali ai motoneuroni nel midollo spinale che controllano i muscoli dell’arto“, ha detto il co-autore senior Douglas Weber, Ph.D., professore di ingegneria meccanica presso il Neuroscience Institute della Carnegie. “Stimolando questi nervi sensoriali, possiamo amplificare l’attività dei muscoli che sono stati indeboliti dall’ictus. È importante sottolineare che il paziente mantiene il pieno controllo dei propri movimenti: la stimolazione è assistiva e rafforza l’attivazione muscolare solo quando i pazienti cercano di muoversi”.
In una serie di test adattati ai singoli pazienti, la stimolazione ha consentito ai partecipanti di svolgere compiti di diversa complessità, dallo spostamento di un cilindro di metallo cavo all’afferrare oggetti domestici comuni, come una lattina di zuppa, e aprire una serratura. Le valutazioni cliniche hanno mostrato che la stimolazione mirata alle radici del nervo cervicale migliora immediatamente la forza, la gamma di movimento e la funzione del braccio e della mano.
Inaspettatamente, gli effetti della stimolazione sembrano essere più duraturi di quanto inizialmente pensato dagli scienziati e persistono anche dopo che il dispositivo è stato rimosso, suggerendo che potrebbe essere utilizzato sia come metodo di assistenza che di riparazione per il recupero dell’arto superiore. Infatti, gli effetti immediati della stimolazione consentono la somministrazione di un intenso allenamento fisico che, a sua volta, potrebbe portare a miglioramenti a lungo termine ancora più forti in assenza della stimolazione.
Andando avanti, i ricercatori continuano ad arruolare altri partecipanti allo studio per capire quali pazienti con ictus possono beneficiare maggiormente di questa terapia e come ottimizzare i protocolli di stimolazione per diversi livelli di gravità.
Inoltre, la startup Reach Neuro, fondata da Pitt e CMU, sta lavorando per tradurre la terapia in uso clinico.
