زرعات الحبل الشوكي الجديدة تبشر بالأمل في تعافي إصابات الحبل الشوكي

A team of engineers from the University of Auckland has demonstrated major progress towards creating an implantable electronic device designed to enable those suffering from spinal cord injury to recover functionality. The lightweight implant could revolutionize spinal injury treatment moving forward. Here’s what you need to know.

إصابات الحبل الشوكي

Your spinal cord is made from tubelike tissue that runs from the back of your skull down your vertebrae to your lower lumbar. It serves a vital role as the main highway for your nervous system and brain to communicate with the rest of your body. Specifically, it’s responsible for crucial tasks like reflexes and controlling your motion.

يتكون الحبل الشوكي من نسيج أنبوبي يمتد من الجزء الخلفي لجمجمة الرأس عبر الفقرات إلى أسفل منطقة القطن السفلى. يلعب دوراً حيوياً كطريق رئيسي للجهاز العصبي والدماغ للتواصل مع باقي جسمك. وبشكل خاص، فهو مسؤول عن مهام حاسمة مثل الانعكاسات والتحكم في حركتك.

لا يمكن المبالغة في أهمية الدور الحيوي الذي يلعبه الحبل الشوكي في جسمك. وبالتالي، أي ضرر يلحق بالحبل الشوكي يمكن أن يؤدي إلى عدة أمراض، بما في ذلك الألم العصبي، فقدان القدرة الحركية والحسية، اضطرابات الأمعاء غير القابلة للسيطرة، وحتى ضعف الوظيفة الجنسية.

According to recent studies, +15M people currently live with spinal cord injury (SCI) globally. These injuries range from discomfort to being unable to complete basic day-to-day tasks. Little things like using the bathroom or making lunch can become impossible for those suffering from SCIs. What’s worse is that there appears to be a trend edging towards more SCIs in the future. It’s estimated that an additional 200-500K people will suffer from SCIs this year.

لماذا إصابات الحبل الشوكي صعبة العلاج

There are many aspects of SCIs that make them more difficult to deal with than other injuries. For one, the spinal cord doesn’t heal at the same pace as other body parts. Consequently, any damage done to it during your life could become permanent.

هناك العديد من الجوانب في إصابات الحبل الشوكي تجعلها أصعب في التعامل مقارنة بالإصابات الأخرى. أولاً، لا يشفى الحبل الشوكي بنفس سرعة شفاء باقي أجزاء الجسم. وبالتالي، أي ضرر يتعرض له خلال الحياة قد يصبح دائماً.

أدرك الباحثون منذ زمن بعيد أن إنشاء علاج يمكّن الحبل الشوكي من التجدد بفعالية سيكون تحولاً كبيراً. بالنظر إلى شدة معظم إصابات الحبل الشوكي، يُفهم أن حتى التحسينات الطفيفة في وظائف المريض تُترجم إلى تحسينات كبيرة في جودة الحياة.

طرق علاج إصابات الحبل الشوكي

Researchers have attempted many different approaches in their search to discover an effective treatment for SCIs. One approach that has seen momentum is the use of low-frequency electric fields with changing polarity.  Specifically, high-frequency neuromodulation pulses to the spinal cord have been found to help stimulate regeneration.

يعتمد هذا العلاج على أقطاب كهربائية تُزرع في العضلة الموجودة مباشرة فوق الغشاء الصفاقي. تسارع هذا النهج بعد أن حقق الباحثون نجاحًا في تجارب غير بشرية، بما في ذلك السمك القناري (اللامبري)، خنازير غينيا، والكلاب. أدى هذا النجاح إلى تلقي أول مرضى بشريين لهذا العلاج.

كيف يتشكل العمود الفقري

This treatment strategy works due to how electric fields help to shape early nervous system development. When your body begins to develop, electrical fields help the spinal cord follow its path from the brain stem to your lower back. Notably, these electrical pulses encourage tissue and nerve growth.

تعمل هذه الاستراتيجية العلاجية بفضل كيفية مساهمة المجالات الكهربائية في تشكيل تطور الجهاز العصبي المبكر. عندما يبدأ جسمك في النمو، تساعد المجالات الكهربائية الحبل الشوكي على اتباع مساره من جذع الدماغ إلى أسفل الظهر. ومن الجدير بالذكر أن هذه النبضات الكهربائية تشجع على نمو الأنسجة والأعصاب.

مشكلات العلاجات الحالية لإصابات الحبل الشوكي

While the science of using electrical pulses to treat SCIs is still being researched, there have been some roadblocks to further adoption. For one, previous treatments relied on implanted electrical nodes. These nodes were made from metal that can corrode over time, reducing the treatment’s effectiveness and potentially leading to other complications.

بالإضافة إلى ذلك، قد يؤدي وضع هذه الأقطاب إلى قراءات غير منتظمة، مما يحد من قدرة العلاج على تعزيز التجدد على المدى الطويل. كما أن العثور على الإشارة والقوة المناسبة لتحسين التحفيز منخفض التردد كان صعبًا بسبب تدهور الإشارة مع مرور الوقت نتيجة مشاكل التآكل.

للأسف، عندما تبدأ هذه العقد بالتآكل، يمكن أن تتسبب في ضرر للجسم، حيث تغير درجة الحموضة وتدخل منتجات ثانوية معدنية وأيونات إلى الجسم. لحسن الحظ، قدم فريق من العلماء نهجًا جديدًا قد يساعد في حل العديد من هذه المشكلات، مما يساعد ملايين المصابين بإصابات الحبل الشوكي على مستوى العالم.

دراسة زرعات الحبل الشوكي

A team of engineers from Waipapa Taumata Rau, University of Auckland, demonstrated a novel treatment method for SCI in the “Daily electric field treatment that improves functional outcomes after thoracic contusion spinal cord injury in rats” study.

This paper delves into the creation of an advanced ultra-thin-film device designed to be implanted under the dura mater. The implant uses supercapacitor electrodes and low frequencies to enhance bio-tolerability, making it easier to create long-term treatment strategies.

المصدر – جامعة أوكلاند

مصمم لعدم إعاقة الحياة

The engineers understood that their implant needed to be ultra-thin to comfortably remain in place. They started by reimagining the electrodes. They did away with the metal ones used in previous approaches. Instead, electrodes coated in sputtered iridium oxide films (SIROF) were used.

تم تعديل حجم هذه الأقطاب لتحسين قدراتها أيضًا. ومن الجدير بالذكر أن الأقطاب مصممة لتُزرع مباشرة على الحبل الشوكي، حيث يمكنها تطبيق تيار صغير على الموقع المصاب. وباهتمام، جرب الباحثون عدة أساليب قبل أن يقرروا الاعتماد على طريقة تصنيع الفيلم الرقيق هذه والجهاز.

تبديل القطبية

The new spinal cord implant system applies an alternating charge every 15 minutes to the damaged tissue. This charge is set at ~0.5 mHz, enabling it to assist in axon outgrowth in both directions.  Specifically, the device utilizes a 250‑ms pulse width stimulation. Impressively, this pulse is much longer than traditional approaches and can operate without any die‑back exposure from the electrodes.

اختبار زرعات الحبل الشوكي

The scientist took 12 weeks to demonstrate the feasibility of their study. The testing phase involved implanting the device into lab rats. Rats are one of the few animals that can recover naturally from spinal cord injuries, making them an ideal starting point for this work.

The engineers conducted 4 weeks of treatment and then monitored the animals’ responses. At the end of the test, the rat’s spinal cord tissue was examined. Crucially, both treated and non-treated rats were tested to see exactly what enhancements to the healing process the new treatment provides.

نتائج زرع الحبل الشوكي

The results of the test were impressive. The engineers noted that the treatment safely restored movement to rats following severe spinal cord injuries. The animal began to show signs of recovery of both movement and sensation.

كجزء من الاختبار، تعرضت أقدام الفئران لتيار كهربائي صغير. الفئران التي تلقت العلاج أدركت التيار الكهربائي وشعرت به خلال الاختبار، وتفاعلت بسحبها بعيدًا. ومن المثير للإعجاب، أظهروا تحسنًا في الشفاء منذ الأسبوع الأول من الاختبار مقارنة بالفئران غير المعالجة.

تشير البيانات إلى أن التحفيز تحت الصفاق مكن subjects من استعادة وظيفة الأطراف الخلفية وحس اللمس. بالإضافة إلى ذلك، لم يسبب النهج التهابًا في العمود الفقري كما في الأساليب التقليدية. لاحظوا أن الأقطاب انتشرت في الأنسجة المحيطة مثل سابقتها المعدنية.

بعد ذلك، درس الفريق الأقطاب للتحقق مما إذا كانت تنتج أي منتجات ضارة أو آثار جانبية بعد الزرع. لم يُلاحظ أي تلوث، مما يعني أن هذا النهج يسمح للمهندسين بتطبيق العلاج بشكل أكثر تكرارًا وبمخاطر أقل. أخيرًا، تُظهر نتائج الاختبار أن الفئران المعالجة أظهرت أداءً محسنًا في مجموعة متنوعة من اختبارات المهارات الحركية، إلى جانب زيادة عدد الخلايا في مناطق الدماغ المرتبطة بالحركة.

فوائد زرعات الحبل الشوكي

Many benefits could make spinal cord implants a game-changer. For one, there’s no effective long-term treatment for spinal cord injuries. This approach will open the door for further research into the long-term effects of electrostimulation on the body.

The new system offers patients longer stimulation periods. Specifically, the report notes that the new cathodes outperform their predecessor by 1000X, meaning that the treatment can deliver stronger doses without causing any harm to the patient.

استهلاك طاقة أقل

The engineers noted that the alternating polarity approach is energy efficient. It uses only a fraction of the energy that other implant‑based treatments require. This low energy requirement means that the device can be powered by the body using piezoelectronics or other methods other than batteries.

اختراق أعمق

Another major plus is that the larger electrodes provide deeper penetration of the EF within the spinal cord. The deeper the low‑frequency signals can go, the more effective the body’s response. Impressively, the device improves electrical pulse penetration while lowering energy consumption.

تصميم مريح

One of the biggest benefits of this approach is that the implant doesn’t cause any discomfort in the wearer. The original approach utilized a much larger device that could become a nuisance to the wearer, creating potential risk of damage and more. The new approach, using ultra‑thin devices, means that the unit can be worn without the patient noticing.

استخدام أكثر أمانًا

The team was quick to point out how the new treatment is much safer than alternative methods. Specifically, the team documented far less inflammation in patients. There were no cases of spinal cord damage, and the treatment did not produce irreversible faradaic reactions at the electrode‑tissue interface like its predecessors. Additionally, the body doesn’t create an immune response to the device.

تطبيقات زرعات الحبل الشوكي في العالم الحقيقي والجدول الزمني:

There are many real-world applications for spinal cord implant technology. The obvious use case scenario is in helping the millions of people who suffer from SCIs around the world live a better life. This approach represents a monumental leap in effective treatment strategies.

الجدول الزمني

It could be 7-10 years before this technology begins to make its way into the medical field officially. There is still a lot of research that needs to be done on the long‑term effects of the treatments. Additionally, the engineers will spend years getting approval from regulators due to the complexity of the treatment and the effects of any mishaps on patients.

باحثو زرعات الحبل الشوكي

The Spinal Cord Implants study was put forth by engineers from the University of Auckland and Chalmers University of Technology in Sweden. The paper lists Dr. Bruce Harland as the lead researcher for the study. Additionally, he had support from Professor Darren Svirskis, Maria Asplund, and several other scientists from accredited universities.

مستقبل زرعات الحبل الشوكي

The future of this technology is bright. The team will now focus on taking what they have learned to create a reliable and accurate medical device. The device could one day benefit millions of people living with these life‑changing spinal cord injuries. Additionally, the group will delve deeper into researching vital aspects of the treatment, like frequency, duration, and the use of medications in conjunction with the approach.

الاستثمار في العلوم الصحية

The medical device manufacturing sector is a competitive industry that has several dominating players. These companies produce products designed to help those suffering from serious ailments. Their dedication to advancing scientific research and health makes these companies a favorite of investors. Here’s one firm leading the charge and helping to take treatments to the next level.

تزيانا لايف ساينسز (TLSA)

Tiziana Life Sciences (TLSA ) entered the market in 2013. This London‑based biotech firm specializes in the research and development of treatments for neuroinflammatory and neurodegenerative diseases like MS, ALS, Alzheimer’s, and more. The company’s unique approach and technology have helped it to become a recognized name among spinal cord injury treatment providers.