Il topo paralizzato che camminò.

I danni al midollo spinale possono tranciare la comunicazione tra il nostro cervello e il nostro corpo, portando alla paralisi. Fresco di laboratorio, Grégoire Courtine ci mostra un nuovo metodo - che unisce farmaci, elettrostimolazione e un robot - che potrebbe risvegliare i percorsi neurali e aiutare il corpo a imparare di nuovo a muoversi da solo. Guardate come funziona, con un topo paralizzato che riesce correre e salire le scale.

Sono un neuroscienziato

con una formazione mista in fisica e medicina.

Il mio laboratorio allo Swiss Federal Institute of Technology

si concentra sulle lesioni al midollo spinale,

che colpiscono più di 50.000 persone

all'anno nel mondo,

con conseguenze drammatiche per gli individui colpiti,

la cui vita va letteralmente in frantumi

nel giro di una manciata di secondi.

E per me, l'Uomo di Acciaio,

Christopher Reeve,

è stato il migliore nella sensibilizzazione

riguardo le difficoltà delle persone con danni al midollo spinale.

Ed è così che ho iniziato il mio personale cammino

in questo campo di ricerca,

lavorando con la Fondazione Christopher and Dana Reeve.

Ancora mi ricordo questo momento decisivo.

Verso la fine di una normale giornata di lavoro

alla fondazione,

Chris disse a noi scienziati ed esperti,

"Dovete essere più pragmatici.

Domani, quando uscirete dal laboratorio,

voglio che vi fermiate al centro di riabilitazione

per osservare le persone lesionate

che combattono per compiere un passo,

faticando a mantenere l'equilibrio.

E quando siete a casa,

pensate a cosa cambierete nella vostra ricerca

il giorno successivo per migliorare le loro vite."

Queste parole non mi hanno mai lasciato.

È stato più di 10 anni fa,

ma da allora, il mio laboratorio ha seguito

un approccio pragmatico verso il recupero

da lesioni al midollo spinale.

E il mio primo passo in questa direzione

è stato lo sviluppo di un nuovo modello di lesione al midollo spinale

che imitasse con più precisione alcune delle caratteristiche principali dei danni sull'uomo,

e che offrisse delle condizioni sperimentali ben controllate.

Ed a questo scopo, abbiamo posizionato due emisezioni

su lati opposti del corpo.

Questi interrompono completamente la comunicazione

tra il cervello e il midollo spinale,

con la conseguente paralisi completa e permanente

della gamba.

Ma, com'è stato osservato, dopo la maggior parte delle lesioni negli uomini,

c'è questo spazio intermedio di tessuto neurale intatto

attraverso cui si può verificare la guarigione.

Ma farlo succedere?

Beh, l'approccio classico

consiste nel compiere un intervento

che favorisca la ricrescita delle fibre tranciate

al punto originario.

E sebbene tale approccio sia rimasto la chiave per una cura,

a me sembra incredibilmente complicato.

Per raggiungere rapidamente il successo clinico,

era ovvio:

dovevo pensare al problema in modo diverso.

Scopro che più di 100 anni di ricerca

sulla fisiologia del midollo spinale,

a partire dal Premio Nobel Sherrington,

avevano mostrato che

il midollo spinale, nella maggior parte delle lesioni,

conteneva tutti i collegamenti neurali necessari e sufficienti

per coordinare la locomozione,

ma poiché viene interrotta la comunicazione con il cervello,

sono in uno stato non-funzionante, come dormienti.

La mia idea: svegliare questi collegamenti.

A quel tempo, ero un borsista post-dottorato a Los Angeles,

dopo aver completato il mio dottorato in Francia,

dove il pensiero indipendente

non è necessariamente promulgato.

(risate)

Avevo paura di parlare con il mio nuovo capo,

ma decisi di farmi coraggio.

Bussai alla porta del mio fantastico relatore,

Reggie Edgerton, per condividere con lui la mia nuova idea.

Mi ascoltò attentamente,

e mi rispose con un gran sorriso,

"Perché non provi?"

E ve lo giuro,

questo è stato un momento così importante nella mia carriera,

quando ho capito che il grande leader

aveva fiducia nei giovani e nelle idee nuove.

E l'idea era questa:

userò una metafora semplicistica

per spiegarvi questo concetto complicato.

Immaginate che il sistema locomotorio sia un'auto.

Il motore è il midollo spinale.

La trasmissione viene interrotta. Il motore si spegne.

Come possiamo far ripartire il motore?

Prima di tutto, dobbiamo provvedere alla benzina;

secondo, schiacciare l'acceleratore;

terzo, guidare l'auto.

Si è scoperto che ci sono dei percorsi conosciuti

provenienti dal cervello che svolgono proprio questa funzione

durante la locomozione.

La mia idea: sostituire l'input mancante

per fornire al midollo spinale

il tipo di intervento

che il cervello eseguirebbe naturalmente per camminare.

A tal scopo, ho usato a mio vantaggio gli ultimi 20 anni di ricerca della neuroscienza,

prima per sostituire il carburante mancante

con agenti farmacologici

che preparano i neuroni nel midollo spinale ad attivarsi

e secondo, per imitare il pedale dell'acceleratore

con la stimolazione elettrica.

Immaginatevi quindi un elettrodo

impiantato dietro al midollo spinale

che fornisce una stimolazione indolore.

Ci sono voluti molti anni, ma alla fine abbiamo sviluppato

una neuroprotesi elettrochimica

che trasforma i collegamenti neurali

nel midollo spinale da dormienti ad uno stato altamente funzionante.

Il topo paralizzato riesce a stare in piedi immediatamente.

Appena il tapis roulant inizia a muoversi,

l'animale mostra dei movimenti coordinati della zampa

ma senza il cervello.

Qui, ciò che io chiamo "il cervello spinale"

elabora cognitivamente le informazioni sensoriali

provenienti dalla zampa in movimento

e prende decisioni su come attivare il muscolo

così da stare fermi, camminare, correre

e persino qui, mentre corre,

fermarsi immediatamente

se il tapis roulant si ferma.

Era incredibile.

Ero completamente affascinato da questo movimento

senza il cervello,

ma allo stesso tempo ero molto frustrato.

Questa locomozione era completamente involontaria.

L'animale praticamente non aveva alcun controllo sulle zampe.

Ovviamente, mancava il sistema di guida.

E poi realizzai che

dovevamo allontanarci

dal classico paradigma della riabilitazione,

salire su un tapis roulant,

e creare condizioni che incoraggino

il cervello a prendere volontariamente il controllo della zampa.

Tenendo presente ciò, abbiamo sviluppato una struttura robotica

totalmente nuova per aiutare il topo

in qualsiasi direzione dello spazio.

Provate ad immaginare, è fortissimo.

Immaginate il piccolo topo da 200 grammi

attaccato all'estremità di questo robot da 200 chili,

ma il topo non percepisce il robot.

Il robot è trasparente,

proprio come sosterreste un bambino piccolo

mentre compie i suoi primi insicuri passi.

Lasciatemi riassumere: il topo aveva subito

una lesione paralizzante del midollo spinale.

La neuroprotesi elettromeccanica permetteva

uno stato altamente funzionante dei collegamenti spinali locomotori.

Il robot forniva l'ambiente sicuro

che permetteva al topo di provare qualsiasi cosa

che coinvolgesse le zampe paralizzate.

E per motivarlo, abbiamo usato ciò che credo

sia il farmaco più potente della Svizzera:

il cioccolato svizzero.

(risate)

A dire il vero, i primi risultati furono molto, molto,

molto deludenti.

Ecco il mio migliore fisioterapista

che non riesce a convincere il topo

a compiere un singolo passo,

mentre lo stesso topo, 5 minuti prima,

camminava tranquillamente sul tapis roulant.

Eravamo molto frustrati.

Ma sapete, una delle qualità più essenziali

per uno scienziato è la perseveranza.

Abbiamo insistito. Abbiamo migliorato il nostro paradigma,

e dopo diversi mesi di allenamento,

il topo precedentemente paralizzato poteva alzarsi,

e ogniqualvolta lo voleva,

si muoveva sostenendo il suo peso

per correre verso la ricompensa.

Questa è la prima guarigione mai osservata

del movimento volontario di una zampa

dopo una lesione sperimentale del midollo spinale

con paralisi completa e permanente.

Infatti...

(applausi)

Grazie.

Infatti, non solo il topo poteva iniziare

e sostenere il movimento sul suolo,

ma poteva anche regolare il movimento della zampa,

per esempio, per resistere alla gravità

così da arrampicarsi su una scala.

Vi giuro che questo fu

un momento molto emozionante nel mio laboratorio.

Ci sono voluti 10 anni di duro lavoro

per raggiungere questo obbiettivo.

Ma rimaneva una domanda: come?

Voglio dire, com'è possibile?

E quello che scoprimmo

fu completamente inaspettato.

Questo nuovo paradigma di allenamento

invogliava il cervello a creare nuove connessioni,

dei circuiti relè

che trasmettevano l'informazione dal cervello

oltrepassando il danno e riparando il controllo corticale

sui collegamenti locomotori al di sotto del danno.

E qui, possiamo vederne un esempio,

in cui le fibre provenienti dal cervello sono indicate in rosso.

Questo neurone blue è connesso al centro locomotorio,

e questa costellazione

di contatti sinaptici sta a significare

che il cervello è riconnesso con il centro locomotorio

attraverso un solo neurone trasmettente.

Ma il rimodellamento non era confinato

all'area danneggiata.

Si verificava in tutto il sistema nervoso centrale,

compreso il tronco cerebrale,

in cui abbiamo osservato un aumento fino al 300%

della densità delle fibre provenienti dal cervello.

Il nostro scopo non era riparare il midollo spinale,

tuttavia siamo stati in grado di dare il via

a uno dei rimodellamenti più ampi

delle proiezioni assonali mai osservato

nel sistema nervoso centrale di un mammifero adulto

dopo una lesione.

E dietro questa scoperta si cela

un messaggio molto importante.

Sono il risultato di un gruppo di

persone giovani e piene di talento:

fisioterapisti, neurobiologi, neurochirurghi,

ingegneri di tutti i tipi,

che insieme hanno ottenuto qualcosa

che sarebbe stato impossibile per singoli individui.

Questo è veramente un gruppo trans-disciplinare.

Lavorano a così stretto contatto da

creare un trasferimento orizzontale di DNA.

Stiamo creando la prossima generazione di

dottori in medicina e ingegneri

in grado di portare le scoperte dal

banco di lavoro al letto del paziente.

E io?

Io sono solo il conduttore che ha orchestrato questa bellissima sinfonia.

Ora, sono sicuro che tutti voi vi stiate chiedendo:

questo aiuterà le persone lesionate?

Anche io, ogni giorno.

La verità è che non sappiamo ancora abbastanza.

Questa non è certamente una cura per le lesioni al midollo spinale,

ma inizio a credere che questo possa portare

a un intervento volto a migliorare la guarigione

e la qualità della vita delle persone.

Vorrei che tutti voi

provaste a sognare per un attimo con me.

Immaginate una persona che ha appena subito una lesione del midollo spinale.

Dopo qualche settimana di riabilitazione,

impianteremo una pompa programmabile

per immettere un cocktail farmacologico personalizzato

direttamente nel midollo spinale.

Allo stesso tempo, impianteremo una serie di elettrodi,

una specie di seconda pelle

che copre l'area del midollo spinale al comando del movimento della gamba,

e questo apparato è collegato a un generatore di impulsi elettrici

che fornisce stimoli che rispondono

alle necessità individuali della persona.

Questa è la definizione di una neuroprotesi elettromeccanica personalizzata

che permetterà il movimento

durante la riabilitazione con un sistema di supporto di nuova concezione.

E la mia speranza è che dopo alcuni mesi di riabilitazione,

vi sia abbastanza rimodellamento delle restanti connessioni

da permettere il movimento senza il robot,

forse anche senza farmaci o stimolazioni.

La mia speranza è di essere in grado di creare

una condizione personalizzata

per incrementare la malleabilità del cervello

e del midollo spinale.

Questo è un concetto radicalmente nuovo

potenzialmente applicabile ad altre disfunzioni neurologiche,

ciò che ho chiamato "neuroprotesi personalizzate",

che, rilevando e stimolando le interfacce neurali,

ho impiantato in tutto il sistema nervoso,

nel cervello, nel midollo spinale,

anche nei nervi periferici,

basandomi sui danni specifici del paziente.

Ma non per rimpiazzare la funzione persa:

per aiutare il cervello ad aiutarsi.

E spero che questo abbia stuzzicato la vostra immaginazione,

perché posso garantirvi che

non è questione di se questa rivoluzione accadrà,

ma quando.

E ricordatevi, siamo grandi quanto

la nostra immaginazione, grandi quanto i nostri sogni.

Grazie.

(applausi)