http://www.lescienze.it/news/2016/11/10/news/impianti_cerebrali_scimmie_paralizzate-3306379/Da più di dieci anni, il neuroscienziato Grégoire Courtine ogni pochi mesi vola dal suo laboratorio dello Swiss Federal Institute of Technology di Losanna a un altro laboratorio di Pechino, in Cina, dove conduce un'attività di ricerca sulle scimmie con l'obiettivo di trattare lesioni del midollo spinale.
Il pendolarismo è faticoso: a volte Courtine è addirittura volato a Pechino, effettuato esperimenti, e ritornato la stessa notte. Ma ne vale la pena, dice Courtine, perché il lavoro sulle scimmie in Cina è meno gravato da normative rispetto a Europa e Stati Uniti. E questa settimana, lui e il suo gruppo hanno riportato i risultati degli esperimenti di Pechino, in cui un impianto cerebrale senza fili - che stimola elettrodi in una gamba ricreando i segnali registrati dal cervello - ha permesso a scimmie con lesioni del midollo spinale di camminare.
"Hanno dimostrato che gli animali possono riguadagnare non solo la coordinazione ma anche la funzione di sostegno del peso, che è importante per la locomozione. È un grande lavoro”, spiega Gaurav Sharma, un neuroscienziato che ha lavorato sul ripristino del movimento del braccio in pazienti paralizzati al Battelle Memorial Institute, un organizzazione no profit di Columbus, in Ohio.
Il trattamento potrebbe essere una potenziale manna per pazienti immobili: Courtine ha già iniziato un trial in Svizzera, usando una versione ridotta della tecnologia, in due persone con lesioni del midollo spinale. “Questo studio aiuta ad aprire nuovi eccitanti percorsi a studi clinici e nuove opzioni di trattamento bioelettronico per i pazienti con paralisi", dice il bioingegnere Chad Bouton, che presso il Feinstein Institute for Medical Research a Manhasset, nello Stato di New York, fa ricerca su dispositivi medici da usare per aggirare lesioni del midollo
spinale.
Dai ratti ai primati
Gli esperimenti sono più un progresso più che una svolta improvvisa: sono basati su un decennio di lavoro sui ratti, spiega Courtine, e le scimmie hanno reagito in modi molto simili. Prima il gruppo ha mappato in che modo i segnali elettrici sono inviati dal cervello ai muscoli delle gambe nelle scimmie sane mentre camminano su un tapis roulant. Gli scienziati hanno anche esaminato il tratto inferiore della colonna vertebrale, dove i segnali elettrici provenienti dal cervello arrivano prima di essere trasmessi ai muscoli delle gambe. In seguito, hanno ricreato quei segnali in scimmie con midollo spinale danneggiato, concentrandosi su particolari punti chiave nella parte inferiore della colonna vertebrale.
Schiere di microelettrodi impiantati nel cervello delle scimmie paralizzate acquisiscono e decodificano i segnali che in precedenza erano stati associati al movimento delle gambe. Questi segnali sono inviati in modalità senza fili (wireless) a dispositivi che generano impulsi elettrici nella colonna vertebrale inferiore, innescando il moto nei muscoli delle gambe delle scimmie.
“Tutto il gruppo ha esultato vedendo il risultato”, sottolinea Courtine, che ha visto fallire molti esperimenti per ripristinare la capacità di camminare. Il ritmo del movimento delle gambe era imperfetto, ma le scimmie non trascinavano i piedi e il movimento era abbastanza coordinato da sostenere il peso corporeo dei primati.
In precedenza, i ricercatori avevano già usato una tecnologia di lettura cerebrale per permettere a persone paralizzate di muovere un braccio robotico e bere da un bicchiere, o muovere la propria mano e giocare a un videogioco. I segnali cerebrali coinvolti nell'attivazione di muscoli in una gamba paralizzata sono meno complessi di quelli che guidano una mano e tutte le sue dita, dice Courtine. Ma i ricercatori che studiano il braccio e il movimento della mano hanno il vantaggio che anche miglioramenti incrementali sono utili.
"Un piccolo miglioramento nella capacità di afferrare cambia la qualità della vita, mentre il 'quasi camminare' non aiuta molto", dice Courtine. "Con le gambe è 'tutto o niente'". Ora sta lavorando con le scimmie per cercare di garantire un migliore controllo muscolare della gamba, in modo che i primati possano non solo sostenere il proprio peso, ma anche mantenere l'equilibrio ed evitare gli ostacoli.
Applicazioni sull'uomo
Fare le stesse cose con gli esseri umani sarà più complesso, dice Courtine: la decodifica cerebrale è molto più complicata. Lo studio sui primati, per esempio, usava attività elettrica registrata dal midollo spinale prima del danno e riprodotta per ripristinare il movimento, sottolinea Bouton. “Questo è un approccio che non sarebbe pratico dopo una lesione del midollo spinale reale”.
E Sharma dice che le ricerche future dovranno tenere conto di altri elementi della camminata. La coordinazione ritmica dell'andatura, per esempio - che le scimmie non hanno mostrato di avere - è controllata da un gruppo differente di neuroni. I dispositivi per ripristinare la locomozione umana in pazienti paralizzati dovrebbe idealmente includere interfacce cervello-computer, una stimolazione elettrica per l'attivazione dei muscoli, un dispositivo simile a un esoscheletro per aiutare a sopportare il peso, e una più intelligente elaborazione elettrica che consenta il controllo dell'andatura, dice.
Presso il CHUV University Hospital di Losanna, Courtine ha avviato un trial orientato alla riabilitazione, contribuendo a stimolare il passo coordinato nelle persone paralizzate. A due persone sono stati impiantati generatori di impulsi elettrici nel tratto spinale inferiore.( Lo studio, tuttavia, non prevede anche l'impianto di schiere di microelettrodi nel cervello, quindi i pazienti non saranno in grado di controllare il movimento in modo autonomo.)
Mentre le sperimentazioni cliniche procedono in Svizzera, Courtine viaggia regolarmente in Cina. Anche se i risultati positivi gli hanno permesso di negoziare l'uso di cinque scimmie in un laboratorio svizzero per i primati, parte del suo lavoro sperimentale si svolge ancora a Pechino. Il favorevole atteggiamento della Cina nei confronti della ricerca sui primati porterà notevoli benefici al paese, conclude Courtine. “Questo lavoro sarà una leva incredibile per la medicina traslazionale in Cina”.
(L'originale di questo articolo è stato pubblicato su Nature il 9 novembre 2016. Traduzione ed editing a cura di Le Scienze. Riproduzione autorizzata, tutti i diritti riservati.)
