Grégoire Courtine
995,060 views • 14:23

Jestem neurologiem, powiązanym z fizyką i medycyną. Moje laboratorium w Szwajcarskim Krajowym Instytucie Technicznym koncentruje się na urazach rdzenia kręgowego, które dotykają ponad 50 tysięcy ludzi na świecie każdego roku, z dramatycznymi konsekwencjami dla osób, których życie dosłownie się rozpadło w ciągu kilku sekund. Moim zdaniem, człowiek ze stali, Christopher Reeve, uświadomił nam udręki ludzi z uszkodzonym rdzeniem kręgowym. Tak się zaczęła moja osobista podróż w tej dziedzinie badań, od współpracy z Fundacją Christophera i Dany Reeve.

Pamiętam decydujący moment. Kończyłem właśnie normalny dzień pracy w fundacji. Chris zwrócił się do nas, naukowców i ekspertów: "Musicie być bardziej praktyczni. Opuszczając jutro laboratorium, zatrzymajcie się przy centrum rehabilitacyjnym i popatrzcie na kalekich ludzi, walczących o każdy krok, zmagających się z utrzymaniem tułowia. Kiedy pójdziecie do domu pomyślcie, co zmienić w badaniach następnego dnia, aby poprawić im życie". Te słowa utkwiły mi w pamięci. Było to ponad 10 lat temu, lecz od tamtej pory przyjęliśmy w laboratorium pragmatyczne podejście do leczenia kontuzji rdzenia kręgowego.

Pierwszym krokiem było opracowanie nowego wzorca kontuzji rdzenia, który odpowiadałby kluczowym cechom obrażeń ludzkich, umożliwiając jednocześnie kontrolę warunków badawczych. W tym celu dokonaliśmy dwóch hemisekcji po przeciwnych stronach ciała. Zupełnie zakłóciły komunikację między mózgiem i rdzeniem kręgowym, co doprowadziło do całkowitego i trwałego paraliżu nogi. Wiadomo, że po większości urazów zostaje pasmo nienaruszonej tkanki nerwowej, umożliwiające powrót do zdrowia. Jak tego dokonać? Podejście klasyczne obejmuje zastosowanie zabiegu, który pobudza wzrost uszkodzonych włókien do wyjściowej wielkości. Chociaż to klucz do leczenia, wydaje się niezwykle skomplikowany. By osiągnąć szybki efekt kliniczny, było oczywiste, że muszę inaczej podejść do problemu.

Otóż ponad stuletnie badania fizjologii rdzenia kręgowego, począwszy od noblisty Sherringtona, wykazały, że rdzeń kręgowy po większości urazów zawiera wszystkie połączenia nerwowe niezbędne do koordynacji ruchu. Jednak przez zakłócenia przekazu z mózgu połączenia te są nieczynne, jakby uśpione. Mój pomysł: obudźmy tę sieć. Byłem wtedy na stażu postdoktoranckim w Los Angeles, po otrzymaniu doktoratu we Francji, gdzie niezależne myślenie niekoniecznie jest promowane. (Śmiech)

Obawiałem się rozmowy z nowym szefem, lecz zebrałem się na odwagę. Zapukałem do mojego doradcy, Reggiego Edgertona, by podzielić się pomysłem. Wysłuchał mnie z uwagą i odparł z szerokim uśmiechem: "Czemu nie spróbujesz?". Słowo daję, to był ważny punkt mojej kariery, gdy zrozumiałem, że doskonały lider wierzy w młodych ludzi i nowe pomysły.

Oto mój pomysł. Użyję prostej przenośni, by to wyjaśnić. Wyobraźcie sobie, że układ ruchu to auto. Silnik to rdzeń kręgowy. Napęd jest uszkodzony. Silnik nie działa. Jak ponownie włączyć silnik? Po pierwsze, musimy dostarczyć paliwa, po drugie, nacisnąć pedał gazu, po trzecie, kierować autem. Okazało się, że znane są ścieżki nerwowe, biegnące z mózgu, które pełnią tę funkcję podczas ruchu. Chciałem zastąpić brakujące impulsy wejściowe, by wysłać rdzeniowi kręgowemu sygnał, jaki wysłałby mózg przy inicjacji chodzenia. Przejrzałem 20 lat publikacji badań neurologicznych, po pierwsze, by zastąpić brakujące paliwo czynnikami farmakologicznymi, które przygotują do odpalenia neurony w rdzeniu, po drugie, by naśladować pedał gazu za pomocą elektrycznej stymulacji. Wyobraźcie sobie elektrodę wszczepioną od tyłu w rdzeń kręgowy, by zapewnić bezbolesną stymulację. Po wielu latach w końcu stworzyliśmy elektrochemiczną neuroprotezę, która przenosi układ nerwowy rdzenia z uśpienia do stanu wysokiej funkcjonalności. Sparaliżowany szczur natychmiast wstał. Gdy pas bieżni wystartował, zwierzę wykazywało skoordynowane ruchy kończyny, bez udziału mózgu.

To, co nazywam "mózgiem rdzeniowym", kognitywnie przetwarza informacje sensoryczne, pochodzące z poruszającej się kończyny i decyduje, jak aktywować mięsień, aby wstać, chodzić, biegać, a nawet by podczas sprintu nagle stanąć, gdy zatrzymuje się bieżnia. To było cudowne.

Całkowicie zafascynował mnie ruch bez udziału mózgu, ale jednocześnie poczułem frustrację. Ruch w ogóle nie podlegał woli. Zwierzę nie kontrolowało kończyn. Brakowało systemu kierowania. Wówczas stało się jasne, że musimy zrezygnować z modelu klasycznej rehabilitacji, czyli bieżni, i stworzyć warunki, które pobudzą mózg, by przejął świadomą kontrolę nad kończyną. Z tą myślą stworzyliśmy całkiem nowy system robotyczny, by zapewnić szczurowi swobodne ruchy w przestrzeni. To naprawdę super. Wyobraźcie sobie 0,2 kg szczura, podłączonego do 200 kg robota, którego szczur nie czuje. Robot jest przezroczysty. Jakbyście trzymali małe dziecko podczas pierwszych niepewnych kroków.

Podsumujmy: szczur doznał paraliżującego urazu rdzenia. Elektrochemiczna neuroproteza umożliwiła wysoce funkcjonalny stan układu ruchowego w rdzeniu. Robot zapewnił bezpieczne środowisko, pozwalające szczurowi użyć sparaliżowanej kończyny. Dla zachęty użyliśmy najsilniej działającego medykamentu: doskonałej szwajcarskiej czekolady. (Śmiech)

Pierwsze wyniki bardzo nas zawiodły. Mojemu najlepszemu fizjoterapeucie nie udało się zachęcić szczura do zrobienia choćby kroku, choć pięć minut wcześniej szczur pięknie kroczył po bieżni. Czuliśmy zawód, ale niezbędną cechą naukowca jest wytrwałość.

Uparliśmy się. Zmieniliśmy wzorzec i po kilku miesiącach treningu sparaliżowany szczur mógł wstać i gdy chciał, rozpoczynał pełen zakres ruchów, by biec po nagrodę. To pierwsza kuracja w historii prowadząca do świadomego ruchu kończyną po eksperymentalnym uszkodzeniu rdzenia, który doprowadził do całkowitego i trwałego paraliżu. W zasadzie ... (Brawa)

Dziękuję. Szczur nie tylko mógł inicjować i kontynuować ruch na podłożu, lecz mógł korygować ruch kończyny, np. by oprzeć się grawitacji wchodząc po schodach. To była niezwykle emocjonująca chwila w laboratorium. 10 lat ciężkiej pracy doprowadziło nas do celu.

Pozostaje pytanie: jak? Jak to możliwe? Nasze odkrycie było całkowicie niespodziewane. Nowatorski wzorzec treningu pobudził mózg do tworzenia nowych połączeń, obwodów przekaźnikowych, które przekazują informację z mózgu, omijając uszkodzenie, i odtwarzają kontrolę rdzenia nad układem ruchu poniżej urazu.

Na tym przykładzie oznaczyliśmy biegnące z mózgu włókna na czerwono. Niebieski neuron łączy się z centrum ruchowym. Ta konstelacja połączeń synaptycznych oznacza, że mózg odtworzył połączenie z centrum ruchowym, korzystając z zaledwie jednego interneuronu. Odtwarzanie nie ograniczyło się do uszkodzonego miejsca. Zaszło w całym centralnym systemie nerwowym, łącznie z pniem mózgu, gdzie zaobserwowaliśmy 300% wzrost gęstości włókien wychodzących z mózgu.

Nie zamierzaliśmy naprawić rdzenia kręgowego, jednak udało nam się doprowadzić do najbardziej złożonej rekonstrukcji aksonów, jaką dotąd zaobserwowano w centralnym systemie nerwowym dorosłego ssaka po urazie.

Za tym odkryciem kryje się ważna informacja. Są to rezultaty pracy zespołu młodych, utalentowanych ludzi: fizykoterapeutów, neurobiologów, neurochirurgów, wszelkich inżynierów, którzy wspólnie osiągnęli to, co dla pojedynczej osoby byłoby niemożliwe. To zespół interdyscyplinarny. Współpracowali tak blisko, że nastąpiła pozioma wymiana DNA. Tworzymy nowe pokolenie lekarzy i inżynierów, zdolnych przenosić odkrycia z laboratorium do pacjenta.

A ja? Zaledwie złożyłem elementy tej pięknej symfonii. Zastanawiacie się zapewne, czy to pomoże kalekim ludziom? Ja też, każdego dnia. Wciąż za mało wiemy. To nie jest lek na urazy rdzenia kręgowego, ale chyba może doprowadzić do interwencji, która poprawi leczenie i jakość ludzkiego życia.

Chciałbym, żebyście wszyscy pomarzyli przez chwilę ze mną. Wyobraźcie sobie osobę cierpiącą na uraz rdzenia. Po kilku tygodniach leczenia wszczepiamy zaprogramowaną pompkę, by dostarczyć koktajlu zindywidualizowanych leków wprost do rdzenia kręgowego. Jednocześnie wszczepimy układ elektrod, rodzaj drugiej skóry, pokrywającej obszar rdzenia, do kontroli ruchy kończyny. Elektrody podłączy się do generatora impulsów elektrycznych, które dostarczą stymulacji odpowiedniej dla osobistych potrzeb. Oto opis zindywidualizowanej neuroprotezy elektrochemicznej, która umożliwi poruszanie podczas treningu z nowo zaprojektowanym systemem wspierającym.

Mam nadzieję, że po kilku miesiącach treningu, nastąpi wystarczające odtworzenie szczątkowego połączenia, żeby móc poruszać się bez robota, a może nawet bez leków i stymulacji. Mam nadzieję, że zdołamy stworzyć zindywidualizowane warunki, by pobudzić plastyczność mózgu i rdzenia kręgowego.

Może uda się zastosować tę radykalną koncepcję do innych zaburzeń neurologicznych, co nazywam "zindywidualizowaną neuroprotetyką", gdzie dzięki odczuwaniu i stymulacji interfejsów nerwowych, wszczepiłem implant do systemu nerwowego, do mózgu, do rdzenia, nawet do nerwów obwodowych zależnie od upośledzenia pacjenta. Nie dla zastąpienia utraconej funkcji, lecz by pomóc mózgowi w samodzielnej naprawie.

Mam nadzieję, że pobudziłem waszą wyobraźnię, bo jestem przekonany, że ta rewolucja się zdarzy, pytanie tylko kiedy. Pamiętajcie, że jesteśmy tak wielcy jak nasza wyobraźnia i marzenia. Dziękuję. (Brawa)