Μια μικροσκοπική, εύκαμπτη ηλεκτρονική συσκευή που τυλίγεται γύρω από το νωτιαίο μυελό θα μπορούσε να αντιπροσωπεύει μια νέα προσέγγιση στη θεραπεία των τραυματισμών της σπονδυλικής στήλης, που μπορεί να προκαλέσει βαθιά αναπηρία και παράλυση. Μια ομάδα μηχανικών, νευροεπιστημόνων και χειρουργών από το Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ ανέπτυξε τις συσκευές και τις χρησιμοποίησε για να καταγράψει τα νευρικά σήματα που πηγαινοέρχονται μεταξύ του εγκεφάλου και του νωτιαίου μυελού. Σε αντίθεση με τις τρέχουσες προσεγγίσεις, οι συσκευές Cambridge μπορούν να καταγράφουν πληροφορίες 360 μοιρών, δίνοντας μια πλήρη εικόνα της δραστηριότητας του νωτιαίου μυελού.
Οι συσκευές θα μπορούσαν επίσης να διεγείρουν την κίνηση των άκρων και να παρακάμψουν πλήρεις τραυματισμούς του νωτιαίου μυελού όπου η επικοινωνία μεταξύ του εγκεφάλου και του νωτιαίου μυελού είχε διακοπεί εντελώς. Οι περισσότερες τρέχουσες προσεγγίσεις για τη θεραπεία τραυμάτων της σπονδυλικής στήλης περιλαμβάνουν διάτρηση του νωτιαίου μυελού με ηλεκτρόδια και τοποθέτηση εμφυτευμάτων στον εγκέφαλο, που είναι και οι δύο χειρουργικές επεμβάσεις υψηλού κινδύνου. Οι νέες συσκευές θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε θεραπείες για τραυματισμούς της σπονδυλικής στήλης χωρίς την ανάγκη χειρουργικής επέμβασης στον εγκέφαλο, κάτι που θα ήταν πολύ πιο ασφαλές για τους ασθενείς.
Ενώ τέτοιες θεραπείες απέχουν ακόμη τουλάχιστον αρκετά χρόνια, οι ερευνητές λένε ότι οι συσκευές θα μπορούσαν να είναι χρήσιμες βραχυπρόθεσμα για την παρακολούθηση της δραστηριότητας του νωτιαίου μυελού κατά τη διάρκεια της χειρουργικής επέμβασης. Η καλύτερη κατανόηση του νωτιαίου μυελού, που είναι δύσκολο να μελετηθεί, θα μπορούσε να οδηγήσει σε βελτιωμένες θεραπείες για μια σειρά παθήσεων, συμπεριλαμβανομένου του χρόνιου πόνου, της φλεγμονής και της υπέρτασης. Τα αποτελέσματα αναφέρονται στο περιοδικό Science Advances.
«Ο νωτιαίος μυελός είναι σαν αυτοκινητόδρομος, που μεταφέρει πληροφορίες με τη μορφή νευρικών ερεθισμάτων προς και από τον εγκέφαλο», δήλωσε ο καθηγητής Γιώργος Μαλλιάρας από το Τμήμα Μηχανικών, ο οποίος ήταν συνεπικεφαλής της έρευνας. «Η βλάβη στο νωτιαίο μυελό προκαλεί διακοπή της κυκλοφορίας, με αποτέλεσμα βαθιά αναπηρία, συμπεριλαμβανομένης της μη αναστρέψιμης απώλειας των αισθητηριακών και κινητικών λειτουργιών».
Η ικανότητα παρακολούθησης των σημάτων που πηγαίνουν προς και από τον νωτιαίο μυελό θα μπορούσε να βοηθήσει δραματικά στην ανάπτυξη θεραπειών για τραυματισμούς της σπονδυλικής στήλης και θα μπορούσε επίσης να είναι χρήσιμη στο εγγύς μέλλον για καλύτερη παρακολούθηση του νωτιαίου μυελού κατά τη διάρκεια της χειρουργικής επέμβασης.
«Οι περισσότερες τεχνολογίες παρακολούθησης ή διέγερσης του νωτιαίου μυελού αλληλεπιδρούν μόνο με κινητικούς νευρώνες κατά μήκος της ράχης ή ραχιαίο τμήμα του νωτιαίου μυελού», δήλωσε ο Δρ Damiano Barone από το Τμήμα Κλινικών Νευροεπιστημών, ο οποίος ήταν συνεπικεφαλής της έρευνας. «Αυτές οι προσεγγίσεις μπορούν να φτάσουν μόνο μεταξύ 20 και 30 τοις εκατό της σπονδυλικής στήλης, έτσι ώστε να έχετε μια ελλιπή εικόνα».
Αντλώντας την έμπνευσή τους από τη μικροηλεκτρονική, οι ερευνητές ανέπτυξαν έναν τρόπο να αποκτήσουν πληροφορίες από ολόκληρη τη σπονδυλική στήλη, τυλίγοντας πολύ λεπτά, υψηλής ανάλυσης εμφυτεύματα γύρω από την περιφέρεια του νωτιαίου μυελού. Αυτή είναι η πρώτη φορά που είναι δυνατή η ασφαλής καταγραφή 360 μοιρών του νωτιαίου μυελού – παλαιότερες προσεγγίσεις για παρακολούθηση 360 μοιρών χρησιμοποιούν ηλεκτρόδια που τρυπούν τη σπονδυλική στήλη, γεγονός που μπορεί να προκαλέσει τραυματισμό της σπονδυλικής στήλης.
Οι βιοσυμβατές συσκευές που αναπτύχθηκαν από το Κέμπριτζ – πάχους μόλις μερικά εκατομμυριοστά του μέτρου – κατασκευάζονται χρησιμοποιώντας προηγμένες τεχνικές φωτολιθογραφίας και εναπόθεσης λεπτού φιλμ και απαιτούν ελάχιστη ισχύ για να λειτουργήσουν. Οι συσκευές παρεμποδίζουν τα σήματα που ταξιδεύουν στους άξονες ή στις νευρικές ίνες του νωτιαίου μυελού, επιτρέποντας την καταγραφή των σημάτων. Η λεπτότητα των συσκευών σημαίνει ότι μπορούν να καταγράφουν τα σήματα χωρίς να προκαλέσουν καμία βλάβη στα νεύρα, αφού δεν διαπερνούν τον ίδιο τον νωτιαίο μυελό.
«Ήταν μια δύσκολη διαδικασία, γιατί δεν είχαμε ξανακάνει εμφυτεύματα σπονδυλικής στήλης με αυτόν τον τρόπο και δεν ήταν ξεκάθαρο ότι μπορούσαμε να τα τοποθετήσουμε με ασφάλεια και επιτυχία γύρω από τη σπονδυλική στήλη», είπε ο Μαλλιάρας. «Αλλά λόγω των πρόσφατων προόδων τόσο στη μηχανική όσο και στη νευροχειρουργική, οι πλανήτες έχουν ευθυγραμμιστεί και έχουμε σημειώσει σημαντική πρόοδο σε αυτόν τον σημαντικό τομέα».
Οι συσκευές εμφυτεύτηκαν χρησιμοποιώντας μια προσαρμογή σε χειρουργική επέμβαση ρουτίνας, ώστε να μπορούν να γλιστρήσουν κάτω από το νωτιαίο μυελό χωρίς να τον καταστρέψουν. Σε δοκιμές που χρησιμοποίησαν μοντέλα αρουραίων, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν με επιτυχία τις συσκευές για να διεγείρουν την κίνηση των άκρων. Οι συσκευές έδειξαν πολύ χαμηλή καθυστέρηση—δηλαδή, ο χρόνος αντίδρασής τους ήταν κοντά στην ανθρώπινη αντανακλαστική κίνηση. Περαιτέρω δοκιμές σε μοντέλα ανθρώπινων πτωμάτων έδειξαν ότι οι συσκευές μπορούν να τοποθετηθούν με επιτυχία σε ανθρώπους.
Οι ερευνητές λένε ότι η προσέγγισή τους θα μπορούσε να αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο αντιμετωπίζονται οι τραυματισμοί της σπονδυλικής στήλης στο μέλλον. Οι τρέχουσες προσπάθειες για τη θεραπεία των τραυματισμών της σπονδυλικής στήλης περιλαμβάνουν εμφυτεύματα εγκεφάλου και σπονδυλικής στήλης, αλλά οι ερευνητές του Cambridge λένε ότι τα εγκεφαλικά εμφυτεύματα μπορεί να μην είναι απαραίτητα.
«Αν κάποιος έχει τραυματισμό στη σπονδυλική στήλη, ο εγκέφαλός του είναι καλά, αλλά η σύνδεση είναι που έχει διακοπεί», είπε ο Barone. «Ως χειρουργός, θέλετε να πάτε εκεί που είναι το πρόβλημα, οπότε η προσθήκη χειρουργικής επέμβασης στον εγκέφαλο πάνω από τη χειρουργική επέμβαση στη σπονδυλική στήλη απλώς αυξάνει τον κίνδυνο για τον ασθενή. Μπορούμε να συλλέξουμε όλες τις πληροφορίες που χρειαζόμαστε από το νωτιαίο μυελό με πολύ λιγότερο επεμβατικό τρόπο. οπότε αυτή θα ήταν μια πολύ ασφαλέστερη προσέγγιση για τη θεραπεία τραυματισμών της σπονδυλικής στήλης».
Ενώ η θεραπεία για τραυματισμούς της σπονδυλικής στήλης απέχει ακόμη χρόνια, στο εγγύς μέλλον, οι συσκευές θα μπορούσαν να είναι χρήσιμες για ερευνητές και χειρουργούς. κερδίστε περισσότερα για αυτό το ζωτικής σημασίας, αλλά υπομελετημένο, μέρος της ανθρώπινης ανατομίας με μη επεμβατικό τρόπο. Οι ερευνητές του Cambridge σχεδιάζουν επί του παρόντος να χρησιμοποιήσουν τις συσκευές για να παρακολουθούν τη δραστηριότητα των νεύρων στο νωτιαίο μυελό κατά τη διάρκεια της χειρουργικής επέμβασης.
«Ήταν σχεδόν αδύνατο να μελετηθεί ολόκληρος ο νωτιαίος μυελός απευθείας σε έναν άνθρωπο, επειδή είναι τόσο λεπτός και πολύπλοκος», είπε ο Barone. “Η παρακολούθηση κατά τη διάρκεια της χειρουργικής επέμβασης θα μας βοηθήσει να κατανοήσουμε καλύτερα τον νωτιαίο μυελό χωρίς να τον βλάψουμε, κάτι που με τη σειρά του θα μας βοηθήσει να αναπτύξουμε καλύτερες θεραπείες για καταστάσεις όπως ο χρόνιος πόνος, η υπέρταση ή η φλεγμονή. Αυτή η προσέγγιση δείχνει τεράστιες δυνατότητες να βοηθήσουμε τους ασθενείς.”