A lebénult patkány újra jár!

Egy gerincvelő-sérülés megszakíthatja a kommunikációt az agy és a test többi része között, és bénulást okozhat. Grégoire Courtine egy frissen kidolgozott, új módszert ismertet, amellyel -- gyógyszerek, elektronos stimuláció és egy robot közreműködésével -- képes újraéleszteni az idegi pályákat, és segíteni a szervezetnek, hogy ismét önállóan mozogjon. Nézzük, hogyan működik a módszer, és hogyan lesz képes a lebénult patkány ismét lépcsőt mászni!

Idegtudós vagyok,

fizikusi és orvostudományi háttérrel.

A Svájci Szövetségi Technológiai Intézetben
lévő laboratóriumom

fő kutatási területe a gerincvelő sérülése,

amelynek évente több mint 50 000

áldozata van világszerte,

és amely drámai következményekkel jár az érintettekre,

akiknek pár másodperc alatt

gyakorlatilag összeomlik az életük.

Az én figyelmemet Szupermen,

Christopher Reeve

hívta fel

a gerincsérült emberek reménytelen helyzetére.

És itt van, hogyan kezdődött az én személyes utazásom

ezen a kutatási területen,

a Christopher és Dana Reeve
Alapítvánnyal együttműködésben.

Még most is emlékszem erre a döntő pillanatra.

Egy átlagos munkanap végén történt

az alapítványnál.

Chris hozzánk, kutatókhoz és szakértőkhöz fordult:

"Sokkal pragmatikusabbaknak kell lennetek.

Amikor holnap kimentek a laborból,

álljatok meg a rehabilitációs központnál,

és nézzétek meg, amint a sérült emberek

lépésről lépésre

küszködnek saját testük megtartásával.

Amikor pedig hazamentek,

gondoljátok át, min kell változtatni
a kutatásotokban másnap,

hogy ezeknek az embereknek
az életét megkönnyítsétek."

Ezek a szavak nagyon belémivódtak.

Ennek már több mint 10 éve,

de az azóta eltelt időben a laboratórium
továbbra is kitartott

a gerincsérülést követő rehabilitáció

pragmatikus megközelítése mellett.

Első lépésem ebbe az irányba

a gerincvelő-sérülés egy új modelljének
kidolgozása volt,

ami, amellett, hogy pontosabban írja le
az emberi sérülés legfőbb jellemzőit,

jól kézben tartható kísérleti körülményeket is biztosít.

E cél érdekében mesterségesen szétválasztottuk a

gerincvelő két oldalát egymástól.

Ezzel teljesen megszakítottuk a kommunikációt

az agy és a gerincvelő között,

ami a láb teljes és tartós

bénulását okozta.

De ahogy megfigyeltük, embereknél a legtöbb ilyen sérülést követően

marad egy közbülső, sértetlen idegszövet,

amin keresztül regenerálódás kezdődhet.

De mi kell ahhoz, hogy ez megtörténjen?

Nos, a klasszikus megközelítés

olyan beavatkozást használ,

amely elősegíti, hogy a sérült szövet visszanőjön

eredeti állapotába.

És bár nyilván egyelőre ez marad
a gyógyítás kulcsa,

számomra ez rettentő bonyolultnak tűnt.

A gyors klinikai eredmény eléréséhez,

számomra nyilvánvaló volt:

Máshogy kell megközelítenem a problémát.

A gerincvelő fiziológiájának több mint 100 éves

kutatásából tudjuk,

már a Nobel-díjas Sherrington

kimutatta,

hogy a gerincvelő - a legtöbb sérülés esetén -

tartalmazta a mozgás koordinálásához szükséges

és elégséges ideghálózatokat,

de mivel ezek az agytól nem kapnak jeleket,

nem működnek, mintegy alvó állapotban vannak.

Az én ötletem:
Ébresszük fel ezt a hálózatot!

Akkortájt éppen a doktori gyakorlatomat
töltöttem Los Angelesben,

miután megszereztem a Ph.D. fokozatot Franciaországban,

ahol a független gondolkodás

nem feltétlenül élvezett támogatást.

(Nevetés)

Kicsit féltem az új főnökömhöz fordulni,

de aztán úgy döntöttem, hogy össze kell
szednem a bátorságomat.

Bekopogtam hát csodálatos konzulensem,

Reggie Edgerton ajtaján,
hogy megosszam vele az ötletemet.

Figyelmesen végighallgatott,

majd cinkos mosollyal kérdezte:

"Miért nem próbálja ki?"

Hát, mondhatom Önöknek,

ez meghatározó eseménye volt a karrieremnek.

Azt látni, hogy egy ilyen tekintélyes szakember

komolyan vesz egy fiatal kutatót és új ötleteit.

Az ötlet pedig a következő volt.

Egy egyszerű hasonlattal próbálom

elmagyarázni ezt az összetett koncepciót.

Képzeljük azt,
hogy a mozgatórendszer egy autó.

A motor a gerincvelő.

Ha az erőátvitelt megszakítjuk, a motor leáll.

Hogyan tudnánk újra beindítani a motort?

Először is, el kell látnunk üzemanyaggal;

másodszor, meg kell nyomnunk a gázpedált;

harmadszor, kormányoznunk kell az autót.

Kiderült, hogy vannak olyan már ismert,
az agyból kiinduló

idegi pályák, amelyek pontosan
ezt a szerepet játsszák

a mozgás során.

Az ötlet: Pótoljuk a hiányzó jelet,

és adjunk a gerincvelőnek

egy olyan jellegű inputot,

amilyet az agy küldene egyébként a mozgás során.

Ennek érdekében - az elmúlt 20 év
neurológiai kutatásait felhasználva -

először a hiányzó üzemanyagot pótoltam

olyan gyógyszerkészítményekkel,

amelyek felkészítik a gerincvelő neuronjait a működésre,

másodszor pedig, elektromos stimulációval

utánoztuk a gázpedál hatását.

Képzeljenek el egy, a gerincvelő hátsó részébe

beültetett elektródát,

ami fájdalommentes ingereket közvetít.

Igaz, több éves munkával, de végül kifejlesztettünk

egy elektrokémiai idegprotézist,

amely képes a gerincvelőben lévő ideghálózatot

alvó állapotból aktív,
működőképes állapotba hozni.

És a lebénult patkány azonnal képes lesz állni.

Amint a futószalag beindul,

az állat lábai koordinált mozgásba kezdenek,

az agy közreműködése nélkül.

Az általam "gerinci agy"-nak
nevezett mechanizmus

kognitív módon dolgozza fel

a mozgó lábtól érkező információt,

és ez alapján dönti el, mely izmokat kell aktiválnia

az állás, a séta, a futás,

vagy akár a sprintelés érdekében,

vagy a hirtelen megálláshoz,

a futószalag leállításakor.

Ez egyszerűen bámulatos volt!

Teljesen lenyűgözött

ez az agyi közreműködés nélküli mozgás,

de egyúttal nem kis frusztrációt is okozott.

Ez a mozgás ugyanis teljesen önkéntelen volt.

Az állat egyáltalán nem kontrollálta a lábai mozgását.

Nyilvánvalóan hiányzott egy kormánymű.

Világossá vált számomra,

hogy el kell távolodnunk

a klasszikus rehabilitációs módszertől,

a futószalagon való lépkedéstől,

és olyan körülményeket kell biztosítanunk,
amelyek arra ösztönzik az agyat,

hogy önként átvegye a kontrollt a lábak fölött.

Ettől a gondolattól vezérelve,
kidolgoztunk egy újfajta

robotikai rendszert, ami segíti a patkányt,

a tér bármely irányában mozogni.

Képzeljék csak el, ez valami szuper!

Gondolják csak el: ez a kis 20 dekás állatka

hozzákapcsolva egy 200 kilós robothoz úgy,

hogy a robot létezéséből semmit nem érzékel.

A robot teljesen észrevétlen számára,

akár egy szülő, amikor kisgyermeke

első bizonytalan lépéseit támogatja.

Összefoglalva tehát: A patkány gerincvelőjén

bénulást okozó beavatkozást végeztünk.

Az elektrokémiai idegprotézissel a gerincvelő

mozgatóideg-hálózatát működőképes,
aktív állapotba hoztuk.

A robot által biztosított környezetben

a patkány tetszőleges módon

használhatta lebénult lábait.

Motivációként azt hiszem

Svájc leghatékonyabb gyógyszerét használtuk:

első osztályú svájci csokoládét.

(Nevetés)

Nos, az első eredmények igen-igen

lehangolóak voltak.

Ez itt a legjobb fizikoterapeutám,

aki sikertelenül próbálja rábírni a patkányt,

hogy akár egyetlen lépést is tegyen,

miközben ugyanez az állat öt perccel korábban

gyönyörűen sétált a futószalagon.

Rettenetesen frusztráltak voltunk.

Tudniuk kell azonban, hogy a kutatók

egyik legfontosabb képessége a kitartás.

Nem adtuk fel. Finomítottuk az elméletünket,

és további néhány hónap tréning után

az egyébként lebénult patkány képes volt állni,

és amikor olyan kedve volt,

teljes testére kiterjedő mozgást mutatva,

futni kezdett a jutalom irányába.

Ez volt az első alkalom, hogy megfigyelhettük

az önkéntes lábmozgatás helyreállását

a gerincvelő mesterséges károsításával kiváltott

teljes és tartós bénulást követően.

Valójában --

(Taps)

Köszönöm.

Valójában a patkány nemcsak hogy képes volt

mozgást kezdeményezni és fenntartani,

de még lábai mozgását is tudta szabályozni,

ellenállva például a gravitációnak,

lépcsőmászás közben.

Mondhatom, ez egy rendkívüli

érzelmi pillanat volt a laboratóriumban.

10 évnyi kemény munkába telt

elérni ezt a célt.

A kérdés az, hogy hogyan.

Mármint hogy hogyan lehetséges ez.

Egy teljesen váratlan

jelenségre bukkantunk.

Ezzel a gyökeresen új tréningmódszerrel

az agy képessé vált új kapcsolatok felépítésére,

bizonyos reléhálózatok révén,

amelyek átviszik az agyból érkező információt

a sérült területen, és helyreállítják
az agykérgi kontrollt

a sérülésen túli mozgatóhálózat felett.

Itt erre láthatnak egy példát,

melyben az agyból érkező idegszálakat vörössel jelöltük.

Ez a kék neuron összeköttetésben van a mozgatóközponttal,

és a szinaptikus kapcsolatok

ilyen együttállása azt jelenti,

hogy az agy és a mozgatóközpont
között mindössze egyetlen egy

kapcsolóneuronon keresztül helyreállt
az összeköttetés.

Ez a visszaépülés azonban nem korlátozódott

a sérült területre.

A jelenség a teljes központi
idegrendszerre kiterjedt,

beleértve az agytörzset is,

ahol 300 százalékos növekedést tapasztaltunk

az agyból érkező idegrostok sűrűségében.

Annak ellenére, hogy nem volt célunk
a gerincvelő helyreállítása,

az axonális projekció olyan mértékű

újraépülését sikerült kiváltanunk,

amihez hasonlót korábban nem figyeltek meg

egy felnőtt emlős központi idegrendszerében

egy súlyos sérülést követően.

És van egy nagyon fontos üzenet

ennek a felfedezésnek a hátterében.

Ezek egy tehetséges és fiatal kutatókból

álló csoport eredményei:

fizikoterapeuták, neurobiológusok, idegsebészek,

különféle mérnökök

közösen érték el azt,

amire egyedül senki nem lenne képes.

Ez egy valódi transz-diszciplináris csapat.

Olyan szorosan együtt dolgoznak,

hogy szinte már a DNS-szintű
kapcsolat alakult ki köztük.

Ők a következő generáció

orvosai és mérnökei,

akik képesek a felfedezéseket gyakorlatra váltani,

és elvinni a laborasztaltól a kórházi ágyig.

És mi az én szerepem mindebben?

Én csak a karmester vagyok,
aki vezényli ezt a gyönyörű szimfóniát.

Most Önökben bizonyára felmerül a kérdés:

"Jó, de fog ez segíteni a sérült embereken?"

Bennem is, nap mint nap.

Az igazság az, hogy még nem tudunk eleget.

A módszer nyilvánvalóan nem gyógyítja
a gerincvelő-sérülést,

de kezdek hinni benne,
hogy elvezethet bennünket

olyan beavatkozáshoz, amivel gyorsítható
a felépülés,

és javítható a sérült életminősége.

Arra kérném Önöket,

hogy egy pillanatig álmodjanak velem.

Képzeljék, hogy valaki gerincsérülést szenvedett.

Néhány hét lábadozás után

beültetünk a szervezetébe
egy programozható kis szivattyút,

ami személyre szabott
gyógyszerkeveréket juttat

közvetlenül a gerincvelőjébe.

Ezzel együtt beültetünk egy elektródasort is,

egyfajta második bőrt,

ami lefedi a lábmozgásért felelős gerincvelő-területet,

és ezeket az elektródákat összekapcsoljuk
egy impulzusforrással,

ami az illető igényeihez igazított módon

bocsát ingerületeket erre a területre.

Ez valójában egy személyre szabott
elektrokémiai idegprotézis,

ami egy újonnan tervezett
felfüggesztőrendszer révén

lehetővé teszi a mozgást.

Abban bízom, hogy pár hónapnyi tréning után

olyan mennyiségű idegi kapcsolat épül tartósan újjá,

hogy a robot nélkül - vagy akár
gyógyszeres stimuláció nélkül -

is lehetséges legyen a mozgás.

Abban bízom, hogy képesek leszünk

megfelelően személyre szabott
körülményeket kialakítani

az agy és a gerincvelő

plasztikusságának fokozásához.

Ez a gyökeresen új koncepció,

amit én "személyre szabott
idegprotézis"-nek hívok,

akár más neurológiai rendellenességekre
is alkalmazható.

Így az idegrendszer különböző részeibe,

az agyba, a gerincvelőbe

vagy akár a perifériális részekbe
beültetett protézissel

az idegvégződések érzékelése
és ingerlése révén

a betegek egyedi problémáira szabható.

De nem az elveszett funkció
helyettesítésére, nem --

az agy segítésére, hogy önmaga tudjon segíteni.

Remélem, sikerült megmozgatnom a fantáziájukat,

mert biztosíthatom Önöket,
hogy már nem az a kérdés,

hogy elkezdődik-e ez a forradalom,

hanem az, hogy mikor.

Ne feledjék: nagyságunknak csak

a képzeletünk, az álmaink szabnak határt!

Köszönöm.

(Taps)