Drie patiënten met een chronische dwarslaesie konden lopen dankzij elektrische stimulatie van hun ruggenmerg via een draadloos implantaat. In een dubbele studie gepubliceerd in Nature en Nature Neuroscience hebben Zwitserse wetenschappers Grégoire Courtine (EPFL en CHUV/Unil) en Jocelyne Bloch (CHUV/Unil) laten zien dat de patiënten na enkele maanden training in staat waren om voorheen verlamde beenspieren te controleren, zelfs zonder elektrische stimulatie.
De Eindhovense start-up GTX Medical, mede opgericht door Sjaak Deckers, Grégoire Courtine en Jocelyne Bloch, zal deze bevindingen gebruiken om op maat gemaakte neurotechnologie te ontwikkelen om van dit revalidatieparadigma een behandeling te maken die overal in ziekenhuizen en klinieken beschikbaar is. “We bouwen aan een nieuwe generatie neurotechnologie die ook zeer vroeg na de verwonding getest zal worden wanneer het herstelpotentieel hoog is en het neuromusculaire systeem nog niet de atrofie heeft ondergaan die volgt op chronische verlamming. Ons doel is om een breed toegankelijke behandeling te ontwikkelen,” zegt Courtine.
Meer over GTX Medical en G-Therapeutics hier.
Deze studie, genaamd STIMO (STImulation Movement Overground), stelt een nieuw therapeutisch kader vast om het herstel van ruggenmergletsel te verbeteren. Alle patiënten die betrokken waren bij de studie herwonnen controle over hun beenspieren die jarenlang verlamd waren. In tegenstelling tot de bevindingen van twee onafhankelijke studies die onlangs in de Verenigde Staten over een gelijkaardig concept werden gepubliceerd, werd aangetoond dat de neurologische functie ook na de trainingssessies bleef bestaan, zelfs wanneer de electrical stimulation werd uitgeschakeld.
“Onze bevindingen zijn gebaseerd op een diepgaand begrip van de onderliggende mechanismen, die we hebben verkregen door jarenlang onderzoek naar diermodellen. We waren dus in staat om in real time na te bootsen hoe de hersenen van nature het ruggenmerg activeren,” zegt EPFL neurowetenschapper Grégoire Courtine.
“Alle patiënten konden binnen een week lopen met behulp van lichaamsgewichtondersteuning. Ik wist meteen dat we op de goede weg waren,” voegt CHUV neurochirurg Jocelyne Bloch toe, die de implantaten chirurgisch in de patiënten plaatste. “De exacte timing en locatie van de elektrische stimulatie zijn cruciaal voor het vermogen van een patiënt om een beoogde beweging te produceren. Het is ook dit spatiotemporele toeval dat de groei van nieuwe zenuwverbindingen op gang brengt,” zegt Courtine.
Het gaat in deze studie om precisie. “De gerichte stimulatie moet net zo nauwkeurig zijn als een Zwitsers horloge. In onze methode implanteren we een reeks elektroden over het ruggenmerg, waardoor we ons kunnen richten op individuele spiergroepen in de benen,” legt Bloch uit. “Geselecteerde configuraties van elektroden activeren specifieke gebieden van de ruggenmerg, waardoor de signalen die de hersenen zouden moeten afgeven om te kunnen lopen, worden nagebootst.”
De uitdaging voor de patiënten was om te leren hoe de neurale intentie om te lopen te coördineren met de beoogde elektrische stimulatie. Maar dat duurde niet lang. “Alle drie de deelnemers aan de studie waren in staat om – met ondersteuning van het lichaamsgewicht – na slechts één week kalibratie te lopen, en de spiercontrole verbeterde enorm binnen vijf maanden na de training,” zegt Courtine. “Het menselijk zenuwstelsel reageerde nog dieper op de behandeling dan we hadden verwacht.”
De hersenen helpen zelf te helpen
De nieuwe revalidatieprotocollen op basis van deze doelgerichte neurotechnologie leiden tot een betere neurologische functie door het actief trainen van de natuurlijke bovengrondse loopcapaciteiten, in plaats van de passieve training zoals exoskelet-ondersteund stappen.
Tijdens de revalidatiesessies konden de drie deelnemers meer dan een kilometer handsfree lopen met behulp van gerichte elektrische stimulatie en een intelligent ondersteuningssysteem voor het lichaamsgewicht. Bovendien vertoonden ze geen beenspiermoeheid, waardoor de kwaliteit van de stappen niet verslechterde. Deze langere, zeer intensieve trainingssessies bleken van cruciaal belang voor het activeren van activiteitsafhankelijke plasticiteit – het intrinsieke vermogen van het zenuwstelsel om zenuwvezels te reorganiseren – wat leidt tot een betere motorische functie, zelfs wanneer de elektrische stimulatie wordt uitgeschakeld.
Eerdere studies met behulp van meer empirische benaderingen, zoals continue elektrische stimulatie protocollen, hebben aangetoond dat een select aantal verlamden stappen kunnen nemen met behulp van loophulpmiddelen en elektrische stimulatie, maar alleen over korte afstanden en onder continue stimulatie. Zodra de stimulatie wordt uitgeschakeld, keren de patiënten onmiddellijk terug naar hun oude verlammingsstaat en zijn ze niet meer in staat om beenbewegingen te activeren.
Bron: Ecole Polytechnique Federale de Lausanne
Foto: Achter: Grégoire Courtine, hoogleraar EPFL. Van links naar rechts: Sebastian Tobler, Gert-Jan Oskam, David Mzee, de drie deelnemers aan de STIMO-studie – Foto (c) EPFL / Hillary Sanctuary
