Un ponte digitale ripristina la comunicazione tra cervello e midollo spinale

Un ponte digitale ripristina la comunicazione tra cervello e midollo spinale.

Si è molto parlato del paziente 40enne, tetraplegico da 12 anni a causa di un incidente, che è ora in grado di camminare. Un risultato straordinario, ma circoscritto a una sola persona con un particolare tipo di lesione.
Facciamo chiarezza su questa notizia con la prof.ssa Marina Boido, del gruppo di ricerca NICO di Sviluppo e patologia del cervello.

Una lesione del midollo spinale causa l’interruzione della comunicazione tra cervello e midollo, determinando paralisi permanente. L'Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) stima che ogni anno 250.000-500.000 persone subiscano questo tipo di trauma. Solo in Piemonte sono 4.500 i pazienti para- e tetraplegici. 
Sebbene siano sempre maggiori i progressi nella gestione clinica di questi pazienti, nessuna strategia volta a migliorare il recupero del movimento ha ancora dimostrato piena sicurezza ed efficacia.

Ma è notizia recente quella di un paziente 40enne, tetraplegico da 12 anni a causa di un incidente, che è ora in grado di camminare (sia pure per brevi distanze e con l’aiuto di sostegni) grazie a una nuova tecnica messa a punto dal gruppo di Grégoire Courtine, del Politecnico di Losanna. Il lavoro è stato pubblicato sulla prestigiosa rivista Nature. 

Come funziona il ponte digitale tra midollo spinale e cervello

In questo paziente, la comunicazione tra il cervello e il midollo spinale è stata ripristinata grazie ad un ponte digitale, che ha ristabilito una connessione sufficiente per permettere il controllo e la realizzazione di movimenti volontari. Nel dettaglio, due registratori wireless sono stati impiantati sulla dura madre (una delle meningi che riveste il sistema nervoso), sopra le aree del cervello coinvolte nel controllo dei movimenti degli arti inferiori; un terzo dispositivo è stato posizionato sulla dura madre del midollo spinale (sotto la regione lesionata) per stimolare i motoneuroni che controllano i muscoli delle gambe.

Utilizzando l’intelligenza artificiale, i segnali della corteccia cerebrale (responsabili del movimento intenzionale delle gambe) sono stati registrati, decodificati, elaborati da un sistema di controllo indossabile contenuto in uno zaino, e infine tradotti in una stimolazione elettrica mirata del midollo spinale per attivare i muscoli specifici coinvolti nella deambulazione.

Il controllo volontario dei movimenti

Tale approccio permette al paziente il controllo naturale dei movimenti delle gambe, così da stare in piedi, camminare e salire le scale. In precedenza, altri studi (anche realizzati dallo stesso gruppo) avevano già utilizzato la stimolazione elettrica del midollo spinale per ripristinare il movimento in pazienti con lezione spinale. Tuttavia, non si trattava di movimenti naturali, perché il controllo del movimento non era volontario. Ora invece, quando l’uomo pensa di camminare, può farlo perché, grazie agli impianti che rilevano l’attività elettrica del cervello e trasmettono il segnale al midollo spinale, è stato ripristinato il controllo volontario del movimento.

Le prospettive future

Si tratta di risultati straordinari, ma sperimentali e - a oggi - limitati a un singolo paziente con una lesione incompleta del midollo spinale: per questo motivo, il gruppo di lavoro intende ora ampliare la coorte di pazienti (includendo anche persone con lezione completa), sviluppare un approccio simile anche per gli arti superiori, e miniaturizzare i componenti indossabili.

Per poter arrivare a un utilizzo validato e di massa di questa tecnologia saranno necessari studi su grandi numeri di pazienti, che richiederanno il coinvolgimento di diversi centri clinici. Non dimentichiamo poi che il successo di questo tipo di approccio dipende anche dalla presenza di un team multidisciplinare per l'assistenza del paziente, che deve essere peraltro fortemente motivato e determinato.

E i nostri studi
La bio-stampa 3D: neurobiologia e ingegneria unite per studiare e curare le lesioni al midollo spinale (2021-2023 - Fondazione CRT) 

Marina Boido, responsabile della ricerca.
co-PI Chiara Tonda-Turo (Politecnico di Torino)

Il progetto nasce dalla stretta collaborazione tra neurobiologi e ingegneri: intendiamo utilizzare la bio-stampa 3D per costruire un modello cellulare tridimensionale di midollo spinale. Questo ci permetterà di replicare in vitro l’anatomia del midollo spinale (sano e lesionato), consentendoci di studiare se e come le fibre nervose degenerano e/o rigenerano e testare preliminarmente strategie terapeutiche promettenti (come l’uso di cellule staminali mesenchimali) per ristabilire i circuiti nervosi.

Il progetto avrà quindi il duplice scopo di creare un modello cellulare 3D di midollo spinale che permetta di fare un primo screening di farmaci e terapie, e consenta anche di ridurre l’uso di animali da esperimento e gli errori spesso associati all’utilizzo di modelli in vivo.