Immagine, la ricercatrice di ingegneria biomedica Vivian Mushahwar sta sviluppando impianti spinali che un giorno potrebbero ripristinare la capacità di stare in piedi e camminare nei pazienti con paralisi. Credito: Ross Neitz.

Quando Vivian Mushahwar fece domanda per la prima volta alla scuola di specializzazione, parlo’ della sua idea di trattare la paralisi ricablando il midollo spinale.

Fu solo dopo che fu accettata in un programma di bioingegneria che la giovane ingegnere apprese che la sua idea aveva effettivamente “suscitato risate”.

Mushahwar ha impiegato molto lavoro nell’arco di due decenni all’Università di Alberta, ma la Canada Research Chair in Functional Restoration è ancora fissata sul suo sogno di aiutare le persone a camminare di nuovo. E grazie a un impianto spinale elettrico progettato nel suo laboratorio e al lavoro di mappatura del midollo spinale, quel sogno potrebbe diventare realtà nel prossimo decennio.

Questa è la mappa spinale

Poiché un midollo spinale ferito muore, non si tratta semplicemente di ricollegare un cavo. Sono necessarie tre imprese erculee. Devi tradurre i segnali cerebrali. Devi capire e controllare il midollo spinale. E devi far parlare di nuovo le due parti.

Le persone tendono a pensare che il cervello faccia tutto con  il pensiero, ma Mushahwar afferma che il midollo spinale ha un’intelligenza integrata. Una complessa catena di reti motorie e sensoriali regola tutto, dalla respirazione all’intestino, mentre il contributo del tronco encefalico è sostanzialmente “vai!” e “più veloce!”, il midollo spinale non si limita a muovere i muscoli, ti dà la tua andatura naturale.

Altri ricercatori hanno provato diverse strade per ripristinare il movimento. Inviando impulsi elettrici nei muscoli delle gambe, è possibile far stare in piedi o camminare di nuovo le persone. Ma l’effetto è strettamente meccanico e non particolarmente efficace. La ricerca di Mushahwar si è concentrata sul ripristino della funzione della parte inferiore del corpo dopo gravi lesioni usando un piccolo impianto spinale. I fili elettrici simili a capelli si tuffano in profondità nella materia grigia spinale, inviando segnali elettrici per attivare le reti che già sanno come fare il duro lavoro.

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In un nuovo articolo pubblicato da Scientific Reports, il team mostra una mappa per identificare quali parti del midollo spinale attivano l’anca, le ginocchia, le caviglie e le dita dei piedi e le aree e uniscono i movimenti. Il lavoro ha dimostrato che le mappe spinali sono state notevolmente coerenti in tutto lo spettro animale, ma è necessario ulteriore lavoro prima di passare alle prove umane.

Le implicazioni del passaggio a un ambiente clinico umano sarebbero enormi, ma prima devono essere fatte delle sperimentazioni sugli animali. Essere in grado di controllare la posizione eretta e la deambulazione migliorerebbe la salute delle ossa, migliorerebbe la funzione dell’intestino e della vescica e ridurrebbe le ulcere da decubito. Potrebbe aiutare a curare le malattie cardiovascolari, la principale causa di morte per i pazienti con lesioni del midollo spinale, rafforzerebbe la salute mentale e la qualità della vita. Per i pazienti con lesioni spinali meno gravi, un impianto potrebbe essere terapeutico, eliminando la necessità di mesi di estenuanti regimi di terapia fisica che hanno un successo limitato.

“Pensiamo che la stessa stimolazione intraspinale spingerà le persone a iniziare a camminare sempre più a lungo e forse anche più velocemente”, ha detto Mushahwar. “Questo di per sé diventa la loro terapia.”

Piccoli passi

I progressi possono muoversi a un ritmo straordinario, ma spesso sono esasperatamente lenti.

“Negli ultimi 20 anni c’è stata un’esplosione di conoscenza nelle neuroscienze”, ha detto Mushahwar. “Siamo al limite della fusione tra uomo e macchina”.

Data la natura del finanziamento e della ricerca, un calendario realistico per questo tipo di progressi potrebbe essere vicino a un decennio.

Mushahwar è Direttore di SMART Network, una collaborazione di oltre 100 scienziati e studenti che interrompono intenzionalmente i silos disciplinari per pensare a modi unici di affrontare lesioni e malattie neuronali. Ciò ha significato lavorare con ricercatori come la neuroscienziata Kathryn Todd e il biochimico Matthew Churchward, entrambi nel dipartimento di psichiatria, per creare colture cellulari tridimensionali che simulano il test degli elettrodi.

I prossimi passi sono la messa a punto dell’hardware, la miniaturizzazione di uno stimolatore impiantabile e la garanzia delle approvazioni di Health Canada e FDA per gli studi clinici. Precedenti ricerche hanno affrontato il problema della traduzione dei segnali e delle intenzioni cerebrali in comandi all’impianto intraspinale; tuttavia, la prima generazione di impianti intraspinali richiederà al paziente di controllare la deambulazione e il movimento. Gli impianti futuri potrebbero includere una connessione al cervello.

È lo stesso obiettivo che Mushahwar aveva avuto decenni fa. Tranne ora, non è più un’idea ridicola.

“Immagina il futuro”, ha detto Mushahwar. “Una persona pensa solo e i comandi vengono trasmessi al midollo spinale. Le persone si alzano e camminano. Questo è il sogno”.

Fonte, Nature