Immagile: Grégoire Courtine and Léonie Asboth. Credit: EPFL / Alban Kakulya.
Con l’aiuto della riabilitazione assistita da robot e della stimolazione elettrochimica del midollo spinale, i ratti con lesioni del midollo spinale clinicamente rilevanti hanno riguadagnato il controllo dei loro arti altrimenti paralizzati.
Ma come fanno i comandi del cervello di camminare, nuotare e arrampicarsi sulle scalinate a bypassare la ferita e raggiungere comunque il midollo spinale per eseguire questi compiti complessi?
Gli scienziati dell’EPFL hanno osservato per la prima volta che il cervello reindirizza i comandi motori specifici “del compito” attraverso percorsi alternativi che originano dal tronco cerebrale e si proiettano verso il midollo spinale. La terapia innesca la crescita di nuove connessioni dalla corteccia motoria nel tronco cerebrale e dal tronco cerebrale nel midollo spinale, ricollegando così il cervello con il midollo spinale al di sotto della lesione.
I risultati dello studio sono stati pubblicati su Nature Neuroscience del 19 marzo 2017.
“Il cervello sviluppa nuove connessioni anatomiche attraverso le regioni del sistema nervoso che sono ancora intatte dopo l’infortunio”, afferma lo scienziato EPFL Grégoire Courtine. “Il cervello riconduce essenzialmente i circuiti dalla corteccia cerebrale, dal tronco cerebrale e dal midollo spinale – un ricablaggio esteso che abbiamo esposto a dettagli senza precedenti usando l’intera microscopia cerebrale-spinale di nuova generazione”.
( Vedi anche:Lesioni del midollo spinale: nuova strategia migliora il recupero funzionale nei topi).
“La ripresa non è spontanea“, afferma la scienziata della EPFL e autrice principale Léonie Asboth. “È necessario coinvolgere gli animali in un’intensa terapia riabilitativa per il ricablaggio, nel nostro caso questa terapia prevede la stimolazione elettrochimica del midollo spinale e la fisioterapia attiva con un’imbracatura di assistenza intelligente“.
Nel laboratorio di Courtine, i ratti con una contusione che causa la paraplegia completa hanno imparato a camminare di nuovo attraverso la terapia che combina la stimolazione elettrochimica del midollo spinale e la riabilitazione assistita da robot. Il midollo spinale del ratto viene prima stimolato con prodotti farmaceutici, quindi stimolato elettricamente sotto la ferita per attivare i muscoli delle gambe. In combinazione con la terapiacon un’imbracatura intelligente che allevia il peso del corpo, fornendo condizioni naturali di deambulazione, e dopo poche settimane di allenamento, i ratti hanno riguadagnato un controllo completo sui loro arti posteriori, anche senza stimolazione elettrochimica o l’imbracatura.
Nel 2012, Courtine e il suo team hanno dimostrato che i ratti con lesioni spinali potevano salire le scale e nuotare con la riabilitazione neuroprotesica.
Confrontando il cervello dei ratti feriti dopo la riabilitazione con quello dei ratti sani, gli scienziati sono stati in grado di identificare la formazione reticolare, una regione nel tronco cerebrale, come chiave per il recupero. Gli scienziati hanno scoperto questo ruolo usando optogenetica e chemogenetica negli animali transgenici, un insieme di strumenti precisi che hanno permesso l’attivazione e l’inattivazione di circuiti ben definiti nel cervello e nel tronco cerebrale per sondare la loro funzione. Hanno anche sfruttato un nuovo e potente microscopio sviluppato dal Centro Wyss perl Bio e Neuroingegneria a Ginevra, per visualizzare i tratti neurali. L’intero sistema nervoso centrale è stato reso trasparente, con l’eccezione dei tratti neurali che esprimevano una proteina fluorescente. Passando un foglio di luce attraverso il cervello e il midollo spinale non in sezione, gli scienziati hanno ottenuto immagini 3D mai viste in precedenza che mostravano l’organizzazione di tratti neurali in animali sani e in che modo la terapia riorganizzava questi percorsi. I neuroni feriti non ricrescono spontaneamente, ma una riorganizzazione della ramificazione neurale si verifica al di sopra della lesione portando a nuove connessioni.