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脊髓治療,走向臨床之路

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脊髓治療,走向臨床之路

或許讓行動(dòng)能力失而復(fù)得,就在不遠(yuǎn)的將來(lái)。

文|陳根

脊髓損傷是脊柱損傷最嚴(yán)重的并發(fā)癥,當(dāng)損傷切斷脊髓或破壞脊髓中的神經(jīng)通路時(shí),受損的神經(jīng)纖維可能不再能夠在大腦和肌肉之間傳遞信號(hào),這種再生衰竭通常會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重和永久性的癱瘓。更糟糕的是,這些軸突無(wú)法再生。

根據(jù)美國(guó)國(guó)家脊髓損傷統(tǒng)計(jì)中心的數(shù)據(jù),美國(guó)目前有近30萬(wàn)人患有脊髓損傷。這些患者的生活可能異常艱難,只有不到3%的完全性脊髓損傷患者能夠恢復(fù)基本的身體功能。大約30%的人在最初受傷后的任何一年里至少要重新住院一次,每個(gè)患者一生平均花費(fèi)數(shù)百萬(wàn)美元的醫(yī)療費(fèi)用。

并且,脊髓損傷患者的預(yù)期壽命明顯低于沒(méi)有脊髓損傷的人,而這自20世紀(jì)80年代以來(lái)就一直沒(méi)有改善。目前,針對(duì)脊髓損傷導(dǎo)致的癱瘓的治療方法仍然有限,脊髓損傷的預(yù)防、治療和康復(fù)依然是當(dāng)今醫(yī)學(xué)界的一大難題。

脊髓損傷的可治療希望

脊髓和大腦是人類(lèi)的中樞神經(jīng)系統(tǒng),大腦的任何指令都是通過(guò)脊髓傳達(dá)到四肢的,同樣,四肢對(duì)外界的感知也是通過(guò)脊髓傳到大腦加以分析判定來(lái)做出反應(yīng)??梢哉f(shuō),脊髓就相當(dāng)于通訊系統(tǒng)中的電纜。脊髓的重要性也讓脊髓成為人體結(jié)構(gòu)里面保護(hù)最嚴(yán)密的一個(gè)器官——深藏于人體背后的脊柱里。

盡管如此,疾病和事故仍然可以導(dǎo)致脊髓損傷。簡(jiǎn)單來(lái)理解,脊髓損傷就是由于疾病和事故導(dǎo)致神經(jīng)跟外界切斷聯(lián)系,使得脊髓損傷以下的部位任何感覺(jué)和運(yùn)動(dòng)都會(huì)消失。更糟糕的是,脊髓損傷往往是不可逆的。

早在一張公元前1700年的埃及醫(yī)書(shū)上,脊髓損傷就被認(rèn)為是不治之癥。如今,4000年過(guò)去了,許多古老的疾病都在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的高速發(fā)展下得到了醫(yī)治,而脊髓損傷的治療卻至今沒(méi)什么進(jìn)展。面對(duì)脊髓損傷,人們能做的,可能只是用大劑量的激素減壓,減少脊髓損傷的繼發(fā)性損傷,幫助病人適應(yīng)截癱的生活。

究其原因,是因?yàn)橥ǔ?lái)說(shuō),人體的很多組織器官,例如皮膚、骨頭,一旦損傷以后它會(huì)激發(fā)機(jī)體形成一個(gè)適合再生的微環(huán)境,這會(huì)幫助人體進(jìn)行皮膚修復(fù)、骨融合。比如,將人體的組織器官切除一小塊放在顯微鏡下看,就會(huì)發(fā)現(xiàn)外面的外基質(zhì)形成的骨架,主要是膠原蛋白這類(lèi)支架,還有各種不同的組織細(xì)胞在空間里排布,另外還有很多可融性的、特定分布的,包括梯度分布的信號(hào)分子能幫助這些細(xì)胞生活生存。但是脊髓損傷以后,中樞神經(jīng)系統(tǒng)卻會(huì)形成一個(gè)抑制再生的微環(huán)境,干細(xì)胞也不能分化成神經(jīng)元。

面對(duì)目前有限的針對(duì)脊髓損傷的治療方法,科學(xué)家們一直在不斷嘗試新方法幫助患者重新站起來(lái),其中一條治療路徑,就是開(kāi)發(fā)出一種可應(yīng)用的治療性神經(jīng)技術(shù),來(lái)提高患者的行動(dòng)能力。畢竟在大多數(shù)情況下,一些癱瘓患者的大腦和損傷后脊髓中的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元之間仍然存在一些連接。雖然已經(jīng)不能正常行走,但這些患者仍具備一些簡(jiǎn)單的移動(dòng)能力。

一直以來(lái),科學(xué)家們就希望通過(guò)神經(jīng)電刺激,恢復(fù)這些患者的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元信號(hào)連接,從而實(shí)現(xiàn)患者的行走康復(fù)?;诖耍谘炯顾枭线M(jìn)行硬膜外電刺激(EES)成為被廣泛研究的技術(shù)之一。

通常,EES是通過(guò)背根在脊髓入口處招募傳入纖維,從而導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的激活,這些運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元嵌入由這些纖維所在的根神經(jīng)支配的脊髓節(jié)段中。因此,針對(duì)單個(gè)背根可以調(diào)節(jié)特定的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元。

事實(shí)上,早在30年前,就有臨床前和臨床研究表明,硬膜外電刺激(ESS)可以恢復(fù)脊髓損傷患者的的行走能力。但這需要數(shù)名理療師的協(xié)助,經(jīng)過(guò)數(shù)月高強(qiáng)度訓(xùn)練才行,而且成功案例極其有限。如果將這些復(fù)雜的、罕見(jiàn)的案例轉(zhuǎn)化為一種可普遍應(yīng)用的治療方法,是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

并且,即便是刺激方法通過(guò)使用最初設(shè)計(jì)用于治療疼痛的重新用途的神經(jīng)技術(shù),為患者的脊髓提供了持續(xù)的電刺激,但這些重新使用的電刺激裝置無(wú)法刺激脊髓中與腿部和軀干運(yùn)動(dòng)相關(guān)的所有神經(jīng),也可能會(huì)限制所有運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)。

時(shí)隔四年的EES技術(shù)更新

2018年,瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院 Grégoire Courtine 博士和洛桑大學(xué)醫(yī)院神經(jīng)外科醫(yī)生 Jocelyne Bloch 就基于靶向神經(jīng)技術(shù),使用電刺激重新激活脊髓神經(jīng)元,讓三名慢性截癱患者重新獲得了行走的能力。

彼時(shí),為了更好地通過(guò)電刺激增強(qiáng)剩余運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元與大腦之間的信號(hào),研究人員首先對(duì)人體運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元進(jìn)行了更深的研究,他們確定了人體常規(guī)運(yùn)動(dòng),比如彎曲髖部或伸展踝部,所涉及的脊髓區(qū)域。然后,研究人員在 3 位患者體內(nèi)植入電刺激器。這 3 位患者均發(fā)生了脊髓損傷,但腿部的運(yùn)動(dòng)損傷程度不同。由于確定了脊髓參與行走的部位,研究人員得以通過(guò)編程一系列電脈沖,在正確的時(shí)間和位置,對(duì)脊髓目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行刺激。

 事實(shí)上,這種外在的神經(jīng)電刺激,本身并不會(huì)導(dǎo)致機(jī)體運(yùn)動(dòng),電刺激更多的是增強(qiáng)了患者本身試圖運(yùn)動(dòng)的神經(jīng)信號(hào)。受試者們?cè)?nbsp;2 天后逐漸適應(yīng)了電刺激的治療,并在一周時(shí)就實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)設(shè)備輔助下一定程度的行走。

經(jīng)過(guò)五個(gè)多月的康復(fù)訓(xùn)練和電刺激治療,參與者的恢復(fù)效果得到了進(jìn)一步提升。重要的是,即使在刺激治療停止后,所有參與者仍保持肌肉運(yùn)動(dòng)的一些改善,兩名參與者能夠用拐杖獨(dú)立行走,受傷最嚴(yán)重的受試者則可以在躺下時(shí)移動(dòng)先前癱瘓的腿。該研究以封面論文形式發(fā)表于 Nature 期刊。

現(xiàn)在,2022年2月8日,由同樣的研究人員再次在國(guó)際頂尖醫(yī)學(xué)期刊 Nature Medicine 發(fā)表了新 的研究論文。這一次,研究人員開(kāi)發(fā)了由人工智能軟件控制的個(gè)性化脊髓電刺激電極,在植入后通過(guò)電刺激激活軀干和腿部肌肉的脊髓區(qū)域,三名完全癱瘓的脊髓損傷患者,在接受治療后幾小時(shí),就恢復(fù)了獨(dú)立運(yùn)動(dòng)能力,能夠站立、行走、騎自行車(chē)、游泳和控制軀干運(yùn)動(dòng)。

具體來(lái)看,研究人員開(kāi)發(fā)出了一套由人工智能控制的個(gè)性化植入系統(tǒng),稱(chēng)之為 STIMO-BSI 系統(tǒng)。這套系統(tǒng)包括一個(gè)結(jié)合高分辨率結(jié)構(gòu)和功能成像的計(jì)算模型、電極以及能夠快速支持裝置特異性刺激神經(jīng)元的軟件。

其中,計(jì)算模型相當(dāng)于拍片,為電極排布和手術(shù)植入位置提供指導(dǎo),電極負(fù)責(zé)調(diào)控控制腿和軀干的位點(diǎn),軟件則可以用來(lái)調(diào)整和優(yōu)化靶向背根的位置。軟件與平板電腦整合在一起,用戶可以通過(guò)平板電腦選擇自己所需要的行動(dòng)模式。隨后,研究人員通過(guò)將嵌入電極的裝置直接放置在脊髓背根部位,將電極與神經(jīng)根對(duì)齊,從而刺激脊髓的下背部和尾骨。

此外,新研究中,衍生公司 Onward Medical 還將會(huì)改造電極,經(jīng)改造的電極更長(zhǎng)更寬,這樣可以覆蓋并激活更多更關(guān)鍵的神經(jīng)元?,F(xiàn)在,每個(gè)裝置中都植入了 16 個(gè)電極,接下來(lái)團(tuán)隊(duì)還計(jì)劃植入 32 個(gè)電極。事實(shí)上,與之前的研究相比,這種裝置從根本上提高療效的核心就在于電極的排列和軟件的結(jié)合。

值得一提的是,與先前數(shù)月訓(xùn)練才能恢復(fù)行走的EES方法相比,這種新技術(shù)能使3名表現(xiàn)出完全感覺(jué)運(yùn)動(dòng)麻痹的參與者僅在第一天就可以在跑步機(jī)上獨(dú)立行走。再過(guò)1-3天后,步態(tài)優(yōu)化,且3名參與者均能在多向體重支持系統(tǒng)的支持下在地面上獨(dú)立行走,其中2名參與者甚至可以調(diào)節(jié)腿部運(yùn)動(dòng)的幅度。

根據(jù)EES恢復(fù)行走的原則,似乎也可以推廣到其他運(yùn)動(dòng)類(lèi)型。研究人員配置了特定于活動(dòng)的刺激程序,使3名參與者能夠用他們的腿在水中游泳或在電動(dòng)自行車(chē)上主動(dòng)踩踏板,甚至是深蹲和腿部推舉。

在長(zhǎng)達(dá)5個(gè)月的康復(fù)計(jì)劃后,所有3名參與者逐漸恢復(fù)了完全的負(fù)重能力,在沒(méi)有任何幫助的情況下可以進(jìn)行6分鐘的步行測(cè)試,其中一名甚至恢復(fù)了爬樓梯和復(fù)雜地形行走的能力。這些改進(jìn)均與腿部和軀干肌肉質(zhì)量的顯著增加相吻合。

總得來(lái)說(shuō),在這項(xiàng)最新的研究中,研究人員通過(guò)將控制腿部和上身行動(dòng)的休眠脊髓神經(jīng)與個(gè)性化定制的設(shè)備重新結(jié)合在一起。而這種可廣泛應(yīng)用的治療性神經(jīng)技術(shù),無(wú)疑進(jìn)一步提升了患者的行動(dòng)能力。 

脊髓治療的臨床之路

無(wú)論多么前沿的技術(shù),只有真正用于臨床,才會(huì)被賦予普適性的意義,從這一角度來(lái)看,雖然脊髓電刺激依然面臨諸多障礙,但并非沒(méi)有希望。

事實(shí)上,早在2015 年,F(xiàn)DA 就批準(zhǔn)了 10KHz 高頻脊髓刺激器用于治療疼痛。當(dāng)前,脊髓電刺激更是已在臨床上廣泛用于治療疼痛等疾病,其有效性和安全性均得到多方驗(yàn)證。

對(duì)于此次研究成果,Grégoire Courtine表示,將會(huì)從最初的用途出發(fā),然后在此基礎(chǔ)上擴(kuò)展其他疾病治療領(lǐng)域。通過(guò)根據(jù)患者疾病和具體病情對(duì)刺激裝置的通用模塊進(jìn)行調(diào)整,確定合適的脊髓靶向部位。Jocelyne Bloch 也表示,植入脊髓刺激物后,基于脊髓長(zhǎng)度、神經(jīng)位置和其他因素,對(duì)設(shè)備進(jìn)行測(cè)試和調(diào)整。

Grégoire Courtine 還指出,下一步會(huì)在美國(guó)和歐洲推進(jìn)大規(guī)模臨床試驗(yàn),驗(yàn)證這種脊髓刺激植入物是否能夠成為一種可及性的治療方式。研究人員最終的目標(biāo)是建立一個(gè)電極庫(kù),這樣可以供外科醫(yī)生根據(jù)病人的脊髓損傷程度和長(zhǎng)度等選擇適合的電極。這樣,針對(duì)不同的疾病,醫(yī)生即可挑選合適的電極,即選即用。

當(dāng)然,這項(xiàng)進(jìn)展是癱瘓治療進(jìn)程中的重要里程碑,不過(guò)該研究真正走向臨床還需要解決一系列問(wèn)題。目前來(lái)看,這種植入物并不能治愈脊柱損傷,并且目前這項(xiàng)技術(shù)仍然過(guò)于復(fù)雜,無(wú)法在日常生活中常規(guī)使用,但患者可以利用它鍛煉肌肉,練習(xí)走路,從而提高生活質(zhì)量。在讓癱瘓患者恢復(fù)行動(dòng)能力的研究路上,這項(xiàng)技術(shù)也邁出了重要的一步。

直到如今,脊髓損傷還被人們稱(chēng)為“不死癌癥”,但值得欣慰的是,雖然目前脊髓損傷的治療方法有限,但是潛在的新型治療方式層出不窮,包括新型注射療法、干細(xì)胞治療、腦機(jī)接口以及體內(nèi)植入物的刺激療法。癱瘓患者正迎更多治療方案,或許讓行動(dòng)能力失而復(fù)得,就在不遠(yuǎn)的將來(lái)。

本文為轉(zhuǎn)載內(nèi)容,授權(quán)事宜請(qǐng)聯(lián)系原著作權(quán)人。

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脊髓治療,走向臨床之路

或許讓行動(dòng)能力失而復(fù)得,就在不遠(yuǎn)的將來(lái)。

文|陳根

脊髓損傷是脊柱損傷最嚴(yán)重的并發(fā)癥,當(dāng)損傷切斷脊髓或破壞脊髓中的神經(jīng)通路時(shí),受損的神經(jīng)纖維可能不再能夠在大腦和肌肉之間傳遞信號(hào),這種再生衰竭通常會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重和永久性的癱瘓。更糟糕的是,這些軸突無(wú)法再生。

根據(jù)美國(guó)國(guó)家脊髓損傷統(tǒng)計(jì)中心的數(shù)據(jù),美國(guó)目前有近30萬(wàn)人患有脊髓損傷。這些患者的生活可能異常艱難,只有不到3%的完全性脊髓損傷患者能夠恢復(fù)基本的身體功能。大約30%的人在最初受傷后的任何一年里至少要重新住院一次,每個(gè)患者一生平均花費(fèi)數(shù)百萬(wàn)美元的醫(yī)療費(fèi)用。

并且,脊髓損傷患者的預(yù)期壽命明顯低于沒(méi)有脊髓損傷的人,而這自20世紀(jì)80年代以來(lái)就一直沒(méi)有改善。目前,針對(duì)脊髓損傷導(dǎo)致的癱瘓的治療方法仍然有限,脊髓損傷的預(yù)防、治療和康復(fù)依然是當(dāng)今醫(yī)學(xué)界的一大難題。

脊髓損傷的可治療希望

脊髓和大腦是人類(lèi)的中樞神經(jīng)系統(tǒng),大腦的任何指令都是通過(guò)脊髓傳達(dá)到四肢的,同樣,四肢對(duì)外界的感知也是通過(guò)脊髓傳到大腦加以分析判定來(lái)做出反應(yīng)??梢哉f(shuō),脊髓就相當(dāng)于通訊系統(tǒng)中的電纜。脊髓的重要性也讓脊髓成為人體結(jié)構(gòu)里面保護(hù)最嚴(yán)密的一個(gè)器官——深藏于人體背后的脊柱里。

盡管如此,疾病和事故仍然可以導(dǎo)致脊髓損傷。簡(jiǎn)單來(lái)理解,脊髓損傷就是由于疾病和事故導(dǎo)致神經(jīng)跟外界切斷聯(lián)系,使得脊髓損傷以下的部位任何感覺(jué)和運(yùn)動(dòng)都會(huì)消失。更糟糕的是,脊髓損傷往往是不可逆的。

早在一張公元前1700年的埃及醫(yī)書(shū)上,脊髓損傷就被認(rèn)為是不治之癥。如今,4000年過(guò)去了,許多古老的疾病都在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的高速發(fā)展下得到了醫(yī)治,而脊髓損傷的治療卻至今沒(méi)什么進(jìn)展。面對(duì)脊髓損傷,人們能做的,可能只是用大劑量的激素減壓,減少脊髓損傷的繼發(fā)性損傷,幫助病人適應(yīng)截癱的生活。

究其原因,是因?yàn)橥ǔ?lái)說(shuō),人體的很多組織器官,例如皮膚、骨頭,一旦損傷以后它會(huì)激發(fā)機(jī)體形成一個(gè)適合再生的微環(huán)境,這會(huì)幫助人體進(jìn)行皮膚修復(fù)、骨融合。比如,將人體的組織器官切除一小塊放在顯微鏡下看,就會(huì)發(fā)現(xiàn)外面的外基質(zhì)形成的骨架,主要是膠原蛋白這類(lèi)支架,還有各種不同的組織細(xì)胞在空間里排布,另外還有很多可融性的、特定分布的,包括梯度分布的信號(hào)分子能幫助這些細(xì)胞生活生存。但是脊髓損傷以后,中樞神經(jīng)系統(tǒng)卻會(huì)形成一個(gè)抑制再生的微環(huán)境,干細(xì)胞也不能分化成神經(jīng)元。

面對(duì)目前有限的針對(duì)脊髓損傷的治療方法,科學(xué)家們一直在不斷嘗試新方法幫助患者重新站起來(lái),其中一條治療路徑,就是開(kāi)發(fā)出一種可應(yīng)用的治療性神經(jīng)技術(shù),來(lái)提高患者的行動(dòng)能力。畢竟在大多數(shù)情況下,一些癱瘓患者的大腦和損傷后脊髓中的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元之間仍然存在一些連接。雖然已經(jīng)不能正常行走,但這些患者仍具備一些簡(jiǎn)單的移動(dòng)能力。

一直以來(lái),科學(xué)家們就希望通過(guò)神經(jīng)電刺激,恢復(fù)這些患者的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元信號(hào)連接,從而實(shí)現(xiàn)患者的行走康復(fù)?;诖?,在腰骶脊髓上進(jìn)行硬膜外電刺激(EES)成為被廣泛研究的技術(shù)之一。

通常,EES是通過(guò)背根在脊髓入口處招募傳入纖維,從而導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的激活,這些運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元嵌入由這些纖維所在的根神經(jīng)支配的脊髓節(jié)段中。因此,針對(duì)單個(gè)背根可以調(diào)節(jié)特定的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元。

事實(shí)上,早在30年前,就有臨床前和臨床研究表明,硬膜外電刺激(ESS)可以恢復(fù)脊髓損傷患者的的行走能力。但這需要數(shù)名理療師的協(xié)助,經(jīng)過(guò)數(shù)月高強(qiáng)度訓(xùn)練才行,而且成功案例極其有限。如果將這些復(fù)雜的、罕見(jiàn)的案例轉(zhuǎn)化為一種可普遍應(yīng)用的治療方法,是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

并且,即便是刺激方法通過(guò)使用最初設(shè)計(jì)用于治療疼痛的重新用途的神經(jīng)技術(shù),為患者的脊髓提供了持續(xù)的電刺激,但這些重新使用的電刺激裝置無(wú)法刺激脊髓中與腿部和軀干運(yùn)動(dòng)相關(guān)的所有神經(jīng),也可能會(huì)限制所有運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)。

時(shí)隔四年的EES技術(shù)更新

2018年,瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院 Grégoire Courtine 博士和洛桑大學(xué)醫(yī)院神經(jīng)外科醫(yī)生 Jocelyne Bloch 就基于靶向神經(jīng)技術(shù),使用電刺激重新激活脊髓神經(jīng)元,讓三名慢性截癱患者重新獲得了行走的能力。

彼時(shí),為了更好地通過(guò)電刺激增強(qiáng)剩余運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元與大腦之間的信號(hào),研究人員首先對(duì)人體運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元進(jìn)行了更深的研究,他們確定了人體常規(guī)運(yùn)動(dòng),比如彎曲髖部或伸展踝部,所涉及的脊髓區(qū)域。然后,研究人員在 3 位患者體內(nèi)植入電刺激器。這 3 位患者均發(fā)生了脊髓損傷,但腿部的運(yùn)動(dòng)損傷程度不同。由于確定了脊髓參與行走的部位,研究人員得以通過(guò)編程一系列電脈沖,在正確的時(shí)間和位置,對(duì)脊髓目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行刺激。

 事實(shí)上,這種外在的神經(jīng)電刺激,本身并不會(huì)導(dǎo)致機(jī)體運(yùn)動(dòng),電刺激更多的是增強(qiáng)了患者本身試圖運(yùn)動(dòng)的神經(jīng)信號(hào)。受試者們?cè)?nbsp;2 天后逐漸適應(yīng)了電刺激的治療,并在一周時(shí)就實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)設(shè)備輔助下一定程度的行走。

經(jīng)過(guò)五個(gè)多月的康復(fù)訓(xùn)練和電刺激治療,參與者的恢復(fù)效果得到了進(jìn)一步提升。重要的是,即使在刺激治療停止后,所有參與者仍保持肌肉運(yùn)動(dòng)的一些改善,兩名參與者能夠用拐杖獨(dú)立行走,受傷最嚴(yán)重的受試者則可以在躺下時(shí)移動(dòng)先前癱瘓的腿。該研究以封面論文形式發(fā)表于 Nature 期刊。

現(xiàn)在,2022年2月8日,由同樣的研究人員再次在國(guó)際頂尖醫(yī)學(xué)期刊 Nature Medicine 發(fā)表了新 的研究論文。這一次,研究人員開(kāi)發(fā)了由人工智能軟件控制的個(gè)性化脊髓電刺激電極,在植入后通過(guò)電刺激激活軀干和腿部肌肉的脊髓區(qū)域,三名完全癱瘓的脊髓損傷患者,在接受治療后幾小時(shí),就恢復(fù)了獨(dú)立運(yùn)動(dòng)能力,能夠站立、行走、騎自行車(chē)、游泳和控制軀干運(yùn)動(dòng)。

具體來(lái)看,研究人員開(kāi)發(fā)出了一套由人工智能控制的個(gè)性化植入系統(tǒng),稱(chēng)之為 STIMO-BSI 系統(tǒng)。這套系統(tǒng)包括一個(gè)結(jié)合高分辨率結(jié)構(gòu)和功能成像的計(jì)算模型、電極以及能夠快速支持裝置特異性刺激神經(jīng)元的軟件。

其中,計(jì)算模型相當(dāng)于拍片,為電極排布和手術(shù)植入位置提供指導(dǎo),電極負(fù)責(zé)調(diào)控控制腿和軀干的位點(diǎn),軟件則可以用來(lái)調(diào)整和優(yōu)化靶向背根的位置。軟件與平板電腦整合在一起,用戶可以通過(guò)平板電腦選擇自己所需要的行動(dòng)模式。隨后,研究人員通過(guò)將嵌入電極的裝置直接放置在脊髓背根部位,將電極與神經(jīng)根對(duì)齊,從而刺激脊髓的下背部和尾骨。

此外,新研究中,衍生公司 Onward Medical 還將會(huì)改造電極,經(jīng)改造的電極更長(zhǎng)更寬,這樣可以覆蓋并激活更多更關(guān)鍵的神經(jīng)元。現(xiàn)在,每個(gè)裝置中都植入了 16 個(gè)電極,接下來(lái)團(tuán)隊(duì)還計(jì)劃植入 32 個(gè)電極。事實(shí)上,與之前的研究相比,這種裝置從根本上提高療效的核心就在于電極的排列和軟件的結(jié)合。

值得一提的是,與先前數(shù)月訓(xùn)練才能恢復(fù)行走的EES方法相比,這種新技術(shù)能使3名表現(xiàn)出完全感覺(jué)運(yùn)動(dòng)麻痹的參與者僅在第一天就可以在跑步機(jī)上獨(dú)立行走。再過(guò)1-3天后,步態(tài)優(yōu)化,且3名參與者均能在多向體重支持系統(tǒng)的支持下在地面上獨(dú)立行走,其中2名參與者甚至可以調(diào)節(jié)腿部運(yùn)動(dòng)的幅度。

根據(jù)EES恢復(fù)行走的原則,似乎也可以推廣到其他運(yùn)動(dòng)類(lèi)型。研究人員配置了特定于活動(dòng)的刺激程序,使3名參與者能夠用他們的腿在水中游泳或在電動(dòng)自行車(chē)上主動(dòng)踩踏板,甚至是深蹲和腿部推舉。

在長(zhǎng)達(dá)5個(gè)月的康復(fù)計(jì)劃后,所有3名參與者逐漸恢復(fù)了完全的負(fù)重能力,在沒(méi)有任何幫助的情況下可以進(jìn)行6分鐘的步行測(cè)試,其中一名甚至恢復(fù)了爬樓梯和復(fù)雜地形行走的能力。這些改進(jìn)均與腿部和軀干肌肉質(zhì)量的顯著增加相吻合。

總得來(lái)說(shuō),在這項(xiàng)最新的研究中,研究人員通過(guò)將控制腿部和上身行動(dòng)的休眠脊髓神經(jīng)與個(gè)性化定制的設(shè)備重新結(jié)合在一起。而這種可廣泛應(yīng)用的治療性神經(jīng)技術(shù),無(wú)疑進(jìn)一步提升了患者的行動(dòng)能力。 

脊髓治療的臨床之路

無(wú)論多么前沿的技術(shù),只有真正用于臨床,才會(huì)被賦予普適性的意義,從這一角度來(lái)看,雖然脊髓電刺激依然面臨諸多障礙,但并非沒(méi)有希望。

事實(shí)上,早在2015 年,F(xiàn)DA 就批準(zhǔn)了 10KHz 高頻脊髓刺激器用于治療疼痛。當(dāng)前,脊髓電刺激更是已在臨床上廣泛用于治療疼痛等疾病,其有效性和安全性均得到多方驗(yàn)證。

對(duì)于此次研究成果,Grégoire Courtine表示,將會(huì)從最初的用途出發(fā),然后在此基礎(chǔ)上擴(kuò)展其他疾病治療領(lǐng)域。通過(guò)根據(jù)患者疾病和具體病情對(duì)刺激裝置的通用模塊進(jìn)行調(diào)整,確定合適的脊髓靶向部位。Jocelyne Bloch 也表示,植入脊髓刺激物后,基于脊髓長(zhǎng)度、神經(jīng)位置和其他因素,對(duì)設(shè)備進(jìn)行測(cè)試和調(diào)整。

Grégoire Courtine 還指出,下一步會(huì)在美國(guó)和歐洲推進(jìn)大規(guī)模臨床試驗(yàn),驗(yàn)證這種脊髓刺激植入物是否能夠成為一種可及性的治療方式。研究人員最終的目標(biāo)是建立一個(gè)電極庫(kù),這樣可以供外科醫(yī)生根據(jù)病人的脊髓損傷程度和長(zhǎng)度等選擇適合的電極。這樣,針對(duì)不同的疾病,醫(yī)生即可挑選合適的電極,即選即用。

當(dāng)然,這項(xiàng)進(jìn)展是癱瘓治療進(jìn)程中的重要里程碑,不過(guò)該研究真正走向臨床還需要解決一系列問(wèn)題。目前來(lái)看,這種植入物并不能治愈脊柱損傷,并且目前這項(xiàng)技術(shù)仍然過(guò)于復(fù)雜,無(wú)法在日常生活中常規(guī)使用,但患者可以利用它鍛煉肌肉,練習(xí)走路,從而提高生活質(zhì)量。在讓癱瘓患者恢復(fù)行動(dòng)能力的研究路上,這項(xiàng)技術(shù)也邁出了重要的一步。

直到如今,脊髓損傷還被人們稱(chēng)為“不死癌癥”,但值得欣慰的是,雖然目前脊髓損傷的治療方法有限,但是潛在的新型治療方式層出不窮,包括新型注射療法、干細(xì)胞治療、腦機(jī)接口以及體內(nèi)植入物的刺激療法。癱瘓患者正迎更多治療方案,或許讓行動(dòng)能力失而復(fù)得,就在不遠(yuǎn)的將來(lái)。

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