Ученые впервые использовали нейронный имплантат для восстановления двигательных способностей у парализованных приматов. До реальной возможности проведения клинических испытаний на людях может потребоваться еще несколько лет, однако последние успехи свидетельствуют о важном шаге в развитии этого направления.
Опубликованная недавно в научном журнале Naturte статья описывает новый нейропротезный интерфейс, выступающий в роли мостика между головным и спинным мозгом и действующий в обход имеющегося повреждения. Система, получившая название «спинномозговой интерфейс», позволила восстановить моторные функции правых лап двух макак-резус. Имплантат был разработан нейроученым Грегоаром Куртин и его коллегами из Швейцарской высшей технической школы Лозанны при поддержке ученых из Университета Бордо, компании Motac Neuroscience и Университетской больницы Лозанны (CHUV).
С 2012 года Куртин работал над проектом «пробуждения» поврежденных спинных нейронных связей у парализованных лабораторных мышей и восстановления у них моторных функций, позволяющих грызунам вновь ходить, бегать и преодолевать препятствия. Тогда использовались специальные химические вещества. В описываемом сегодня эксперименте команда Куртин решила выбрать другой подход и использовать в местах повреждений мозговые имплантаты. Для науки это оказался первый случай использования нейропротезов для восстановления моторных функций у приматов. И команда ученых очень оптимистично смотрит на возможность адаптации системы для проведения клинических испытаний на людях.
Паралич, как правило, вызывается разрывом связи в передаче мозговых сигналов от моторного кортекса (части мозга, отвечающей за движение) и спинного мозга. Когда происходит разрыв, отправленные сигналы не достигают нейронов, отвечающих за мышечную активность. К сожалению, нейронные связи в спинном мозге не имеют свойства самостоятельного восстановления после травмы. Ученые уже многие годы бьются над разработкой эффективных фармакологических и регенеративных методик восстановления после таких повреждений, но особых успехов в этой сфере так и не было достигнуто. Согласно статистике Всемирной организации здравоохранения, ежегодно от 250 000 до 500 000 человек по всему миру получают травмы спинного мозга, поэтому вопрос поиска эффективных методов лечения и восстановления являются критически важным аспектом для современной медицины.
Спинномозговой имплантат, в свою очередь, позволяет обойти поврежденное соединение спинного и головного мозга с помощью современных беспроводных технологий. В проведенном учеными эксперименте нейропротезное устройство было имплантировано в мозг обезьяны. Устройство принимает сигналы, подаваемые моторным кортексом, обрабатывает их и передает их в спинной мозг с помощью имплантированных в него электродов. Электрический разряд всего в несколько вольт, поданных в правильную область, активирует работу мышц ног. В результате всего через шесть дней после получения травмы спинного мозга обезьянам вернули возможность ходить. При этом отмечается, что способности снова ходить и вести свой обычный образ жизни удалось добиться без использования многочисленных проводов. Имевшие до этого частичные повреждения спинного мозга приматы полностью восстановили свои мобильные функции спустя три месяца с начала эксперимента.
«Как только активировался спинномозговой интерфейс, обезьяны сразу же получали возможность полноценно двигаться», — говорит соавтор исследования Ирван Безард из Университета Бордо.
«Никакой физиотерапии или тренировок не проводилось, так как в них не было нужды».
Ученые выражают надежду на то, что разработанное ими устройство сможет решать проблемы и при более серьезных повреждениях спинного мозга. По мнению Эндрю Джексона из Ньюкаслского университета, это станет возможным при помощи других вспомогательных средств вроде химической и электрической стимуляции. Подобная система в будущем в качестве базы будет полагаться на одну из основных особенностей мозга – пластичность. Межнейронная связь становится прочнее при одновременной активности нейронов с обеих сторон этой цепи. Вполне возможно, что устройство сможет упрочнить эти нейронные связи, что в положительную сторону скажется на дальнейшей реабилитации.
По мнению исследователей, аналогичная система стимуляции может использоваться в человеческих случаях, однако требуется проведение дополнительных исследований в вопросах, связанных с балансом, мелкой моторикой и особенностями преодоления препятствий, то есть моторных функций, которые в первостепенной роли не рассматривались в нынешнем исследовании. К достоинству нового метода следует отнести то, что многие компоненты, использующиеся при создании спинномозгового интерфейса, уже были одобрены для использования на людях. Если все получится, то клинические испытания могут начаться уже через несколько лет.
«Благодаря этому имплантату я впервые могу представить, что парализованный пациент сможет вернуть себе утраченную возможность использования своих конечностей», — говорит Джойслин Блох, ведущий нейрохирург в данном исследовании.
Важно также отметить, что Куртин и его коллеги сознательно частично повредили канал спинного мозга у двух обезьян, что вызывало паралич задних правых лап у обоих. Учитывая то давление, которое часто приходится испытывать ученым, проводящим такие эксперименты со стороны защитников животных в большинстве стран, исследователям пришлось проводить свою работу в Китае.
«Использование приматов в нейронаучных экспериментах по-прежнему остается серьезной темой для обсуждения. Многочисленные группы по защите прав животных предпринимают активные попытки наложить запрет на проведение подобных экспериментов как в США, так и в Европе. Поэтому вполне очевидно, что ученым, принимавшим участие в этом эксперименте и изначально базировавшимся в Европе, пришлось бы столкнуться с преградами со стороны Европейского Союза, чьи принципы стоят на пути проведения этих экспериментов. По этой причине ученым пришлось проводить свои исследования в Китае. Грегоар Куртин, руководитель этих исследований, отмечает, что это является далеко не идеальным решением. Подобные эксперименты очень сложно проводить и за рубежом. Открытыми остаются вопросы нехватки времени, энергии и ресурсов».
Эксперты сходятся во мнении о необходимости внедрения более этических стандартов использования животных в качестве научных экспериментов в Азии. Многие соглашаются с тем, что науке необходимо отойти от примеров использовать приматов в подобных практиках. И вместо того, чтобы ехать и проводить эксперименты над животными в других странах, где законы более лояльны по отношению к подобным научным подходам, необходимо разработать альтернативные способы проверок новых теорий, систем и практик. Примером могут послужить компьютерные модели или же добровольцы. Вполне возможно, некоторые страдающие параличом люди будут сами готовы принять возможность поучаствовать в подобных исследованиях, несмотря на все связанные с этим риски.
