Электрическая стимуляция спинного мозга восстанавливает нейронные функции в клинических испытаниях
Новое безмедикаментозное, минимально инвазивное вмешательство направлено на коренную причину прогрессирующей потери нейронной функции при спинальной мышечной атрофии (СМА), наследственном нервно-мышечном заболевании. Вмешательство, которое включает в себя электрическую стимуляцию сенсорных спинномозговых нервов, может постепенно пробудить функционально молчащие двигательные нейроны в спинном мозге и улучшить силу мышц ног и ходьбу у взрослых с СМА.
Результаты исследования были представлены исследователями Медицинской школы Питтсбургского университета в журнале Nature Medicine .
Первые результаты пилотного клинического исследования с участием трех добровольцев с СМА показывают, что один месяц регулярных сеансов нейростимуляции улучшил функцию мотонейронов, снизил утомляемость, повысил силу и улучшил ходьбу у всех участников, независимо от тяжести симптомов.
Исследование впервые показало, что нейротехнология может быть разработана для обращения вспять дегенерации нейронных цепей и восстановления функции клеток при нейродегенеративном заболевании человека.
«Чтобы противодействовать нейродегенерации, нам нужны две вещи: остановить гибель нейронов и восстановить функцию выживших нейронов», — сказал соавтор Марко Капогроссо, доктор философии, доцент кафедры нейрохирургии в Питте.
«В этом исследовании мы предложили подход к лечению первопричины неврологической дисфункции, дополнив существующие нейропротекторные методы лечения новым подходом, который устраняет дисфункцию нервных клеток».
СМА — генетическое нейродегенеративное заболевание, которое проявляется прогрессирующей гибелью и снижением функциональности двигательных нейронов — нервных клеток, которые контролируют движение путем передачи сигналов от головного и спинного мозга к мышцам.
Со временем потеря двигательных нейронов вызывает постепенную мышечную слабость и приводит к различным двигательным нарушениям, включая, у участников этого исследования, трудности при ходьбе, подъеме по лестнице и вставании со стула.
Хотя лекарств от СМА не существует, за последнее десятилетие появилось несколько многообещающих нейропротекторных методов лечения. К ним относятся генная заместительная терапия и лекарства, которые стимулируют выработку белков, поддерживающих мотонейроны, которые предотвращают гибель нейронов и замедляют — хотя и не обращают вспять — прогрессирование заболевания.
Исследования показывают, что дефицит движений при СМА возникает до широко распространенной гибели мотонейронов, что позволяет предположить, что лежащая в основе дисфункция спинномозговых нервов может способствовать возникновению заболевания и развитию симптомов.
Согласно более ранним исследованиям животных моделей СМА, проведенным соавтором исследования Джорджем Ментисом, доктором философии из Колумбийского университета, выжившие двигательные нейроны получают меньше стимулирующих сигналов от сенсорных нервов — волокон, которые возвращают информацию от кожи и мышц обратно в центральную нервную систему.
Таким образом, компенсация этого дефицита нейронной обратной связи может улучшить связь между нервной системой и мышцами, способствовать движению мышц и бороться с мышечной атрофией.
Исследователи Питта выдвинули гипотезу, что целевая эпидуральная электростимуляционная терапия может быть использована для восстановления утраченной функции нервных клеток путем усиления сенсорных входов в двигательные нейроны и вовлечения дегенерированных нейронных цепей. Эти клеточные изменения могут, в свою очередь, привести к функциональным улучшениям двигательной способности.
Исследование Питта проводилось в рамках пилотного клинического исследования, в котором приняли участие трое взрослых с легкими формами СМА (СМА 3 или 4 типа).
В течение периода исследования, длившегося 29 дней, участникам имплантировали два электрода для стимуляции спинного мозга (SCS), которые размещались в нижней части спины с каждой стороны спинного мозга, направляя стимуляцию исключительно на сенсорные нервные корешки. Сеансы тестирования длились четыре часа каждый и проводились пять раз в неделю, в общей сложности 19 сеансов, пока устройство для стимуляции не было удалено.
Убедившись, что стимуляция работает так, как задумано, и задействует спинальные двигательные нейроны, исследователи провели ряд тестов для измерения мышечной силы и утомляемости, изменений походки, диапазона движений и пройденного расстояния, а также функции мотонейронов.
«Поскольку СМА является прогрессирующим заболеванием, пациенты не ожидают улучшения со временем. Но это не то, что мы увидели в нашем исследовании. За четыре недели лечения у участников нашего исследования улучшились несколько клинических результатов, в том числе улучшилась повседневная деятельность. Например, к концу исследования один пациент сообщил, что может дойти от дома до лаборатории, не уставая», — сказала соавтор Эльвира Пирондини, доктор философии, доцент кафедры физической медицины и реабилитации в Питте.
У всех участников увеличился показатель «6-минутного теста ходьбы» — показателя мышечной выносливости и утомляемости — по крайней мере на 20 метров по сравнению со средним улучшением на 1,4 метра за три месяца сопоставимого режима упражнений без использования SCS и медианным увеличением на 20 метров после 15 месяцев специфической нейропротекторной фармакологической терапии СМА.
Эти функциональные улучшения были отражены в улучшении нейронной функции, включая повышение способности мотонейронов генерировать электрические импульсы и передавать их мышцам.
«Наши результаты показывают, что этот подход нейростимуляции может широко применяться для лечения других нейродегенеративных заболеваний помимо СМА, таких как БАС или болезнь Гентингтона, при условии, что в ходе будущих исследований будут определены соответствующие клетки-мишени», — сказал соавтор Роберт Фридлендер, доктор медицины, заведующий кафедрой нейрохирургии в Питте и содиректор Неврологического института UPMC.
«Мы надеемся продолжить работу с пациентами со СМА и начать еще одно клиническое исследование для проверки долгосрочной эффективности и безопасности электрической стимуляции спинного мозга».