Lesione del midollo spinale-Immagine: i ricercatori stanno pianificando di sviluppare un dispositivo impiantabile da utilizzare negli esseri umani con lesione traumatica del midollo spinale (SCI). Credito: Andrew Stevens, Università di Birmingham, Regno Unito.
I pazienti con lesione del midollo spinale (SCI) potrebbero beneficiare di un futuro trattamento per riparare le connessioni nervose utilizzando la luce rossa e il vicino infrarosso.
Il metodo, inventato dagli scienziati dell’Università di Birmingham, nel Regno Unito e brevettato dall’Università di Birmingham Enterprise, prevede l’erogazione di luce direttamente sul sito della lesione.
La loro ultima ricerca, pubblicata sulla rivista Bioengineering and Translational Medicine, ha determinato una “dose” ottimale per questo nuovo approccio terapeutico e ha dimostrato che può fornire miglioramenti terapeutici significativi tra cui un significativo ripristino della sensibilità e del movimento e la rigenerazione delle cellule nervose danneggiate.
I ricercatori guidati dal Professor Zubair Ahmed hanno utilizzato modelli cellulari di LM per determinare la frequenza e la durata della luce necessarie per ottenere il massimo ripristino della funzione e stimolare la ricrescita delle cellule nervose.
Hanno scoperto che l’erogazione di luce rossa ad una lunghezza d’onda di 660 nm per un minuto al giorno ha aumentato la vitalità cellulare (una misurazione del numero di cellule vive) del 45% in cinque giorni di trattamento.
Il Professor Ahmed ha affermato: “Questo aspetto dello studio ha dimostrato in modo entusiasmante che l’effetto della luce a 660 nm è sia neuroprotettivo, il che significa che migliora la sopravvivenza delle cellule nervose, sia neurorigenerativo, il che significa che stimola la crescita delle cellule nervose“.
I ricercatori hanno anche studiato l’effetto della terapia della luce in modelli preclinici di LM. Qui hanno utilizzato due metodi diversi, un dispositivo impiantabile e una somministrazione transcutanea, in cui la sorgente luminosa viene posizionata contro la pelle.
“Lo studio ha mostrato risultati comparabili per entrambi i metodi di somministrazione, con una dose di un minuto di luce a 660 nm, erogata quotidianamente per sette giorni, con conseguente riduzione della cicatrizzazione dei tessuti nel sito della lesione e un significativo recupero funzionale”, spiegano gli autori.
I ricercatori hanno anche riscontrato riduzioni significative sia delle cavità che delle cicatrici, nonché aumenti dei livelli di proteine associate alla rigenerazione delle cellule nervose e miglioramenti nelle connessioni tra le cellule nella zona lesionata della colonna vertebrale.
Questa è la prima volta che la somministrazione transcutanea e diretta di luce vengono confrontate nella LM, e i risultati rappresentano una pietra miliare per i ricercatori, che hanno già ricevuto ulteriori finanziamenti e stanno pianificando di sviluppare un dispositivo impiantabile da utilizzare negli esseri umani con lesione del midollo spinale traumatica, per la quale attualmente non esistono approcci che preservino le cellule o migliorino la funzione neurologica.
Andrew Stevens, primo autore dello studio e responsabile della neurochirurgia, spiega: “La chirurgia dopo una lesione del midollo spinale è comune, ma attualmente queste operazioni hanno solo lo scopo di stabilizzare le lesioni alle ossa della colonna vertebrale che sono state danneggiate dal trauma. Questa strategia è incredibilmente entusiasmante in quanto potrebbe offrire ai chirurghi l’opportunità durante la stessa operazione di impiantare un dispositivo che potrebbe aiutare a proteggere e riparare il midollo spinale stesso“.
Il Professor Ahmed ha continuato: “Per rendere la terapia della luce praticabile per il trattamento della lesione del midollo spinale negli esseri umani sarà necessario un dispositivo impiantabile, per offrire l’opportunità di una maggiore precisione e standardizzare il dosaggio senza impedimenti causati dallo spessore del pelle e altri tessuti che circondano il midollo spinale. La fotobiomodulazione (PBM) può fornire un approccio terapeutico praticabile utilizzando la luce rossa o del vicino infrarosso per promuovere il recupero dopo la lesione del midollo spinale mitigando la neuroinfiammazione e prevenendo l’apoptosi neuronale. Il nostro attuale studio mirava a ottimizzare i regimi di dosaggio PBM e a sviluppare e convalidare l’efficacia di consegna per la LM”.
Il gruppo di ricerca è ora alla ricerca di partner commerciali o investitori per compiere i prossimi passi verso lo sviluppo di un prototipo di dispositivo che possa essere utilizzato per i primi studi clinici sull’uomo.
A proposito della terapia della luce
Nello studio, i ricercatori stanno utilizzando una forma di terapia della luce chiamata fotobiomodulazione (PBM), che mira a migliorare la guarigione e ridurre l’infiammazione. Esistono prove consolidate della sua efficacia in un’ampia varietà di applicazioni dermatologiche e orali, dove il dosaggio della luce può essere ottenuto con precisione nell’erogazione diretta al tessuto. Ad esempio, il PBM è già approvato dal NICE per la mucosite orale, dove è stato dimostrato che riduce le ulcere debilitanti e l’infiammazione dolorosa della bocca causata dai trattamenti contro il cancro.
Nel sistema nervoso centrale, il PBM è stato ampiamente studiato in modelli preclinici della malattia di Parkinson, dove ha dimostrato di essere sicuro ed efficace. Nella SCI, la PBM offre il suo beneficio terapeutico mitigando l’infiammazione che segue la lesione, nelle cellule nervose, nei macrofagi (cellule immunitarie) e negli astrociti.
Il PBM ottiene questi effetti lavorando principalmente sui mitocondri, che sono fotoattivi e presenti in ogni cellula del corpo dove generano adenosina trifosfato (ATP) che viene utilizzata all’interno delle cellule come fonte di energia chimica. Il PBM aumenta la disponibilità di ATP e questo innesca molteplici percorsi che mitigano l’apoptosi (morte cellulare), il danno neuronale e la neuroinfiammazione e promuovono la rigenerazione neuronale.
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Informazioni sul dispositivo impiantabile
Il dispositivo impiantabile è stato originariamente concepito dal neurochirurgo David Davies, che lavora nel campo delle lesioni cerebrali traumatiche presso il Centro di ricerca microbiologica e ricostruzione chirurgica dell’NIHR e dal Professor Will Palin, esperto di PBM della School of Dentistry di Birmingham.
L’Università di Birmingham Enterprise ha brevettato l’apparecchio e i metodi per il trattamento delle lesioni cerebrali traumatiche e delle lesioni spinali traumatiche, e il gruppo di ricerca coinvolto nel suo sviluppo comprende ora il Professore di Neuroscienze, Zubair Ahmed e il ricercatore clinico e cancelliere di neurochirurgia, Andrew Stevens dell’Università di Birmingham, Istituto di Infiammazione e Invecchiamento.
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