Nye rygmarvsimplantater giver håb om SCI-genopretning

Et team af ingeniører fra University of Auckland har demonstreret betydelige fremskridt mod at skabe en implanterbar elektronisk enhed, der er designet til at gøre det muligt for personer med rygmarvsskade at genvinde funktionalitet. Det letvægtsimplantat kan revolutionere behandlingen af rygmarvsskader fremover. Her er, hvad du behøver at vide.

Rygmarvsskader

Din rygmarv består af et rørformet væv, der løber fra bagsiden af din kranium ned langs dine ryghvirvler til den nederste lænd. Den spiller en vital rolle som hovedvej for dit nervesystem og din hjerne til at kommunikere med resten af din krop. Specifikt er den ansvarlig for vigtige funktioner som reflekser og kontrol af din bevægelse.

Den kritiske rolle, som din rygmarv spiller i din biologi, kan ikke overdrives. Som følge heraf kan enhver skade på rygmarven føre til flere lidelser, herunder neuropatisk ubehag, tab af motoriske og sensoriske evner, ukontrolleret tarmfunktion og endda seksuel dysfunktion.

Ifølge nylige studier lever over 15 millioner mennesker i øjeblikket med rygmarvsskade (SCI) globalt. Disse skader spænder fra ubehag til at være ude af stand til at udføre grundlæggende daglige opgaver. Små ting som at bruge toilettet eller lave frokost kan blive umulige for dem, der lider af SCI. Endnu værre er, at der ser ud til at være en tendens til flere SCI i fremtiden. Det anslås, at yderligere 200‑500 tusinde mennesker vil få SCI i år.

Hvorfor er rygmarvsskader så svære at kurere

Der er mange aspekter af SCI, der gør dem sværere at håndtere end andre skader. For det første heler rygmarven ikke i samme tempo som andre kropsdele. Som følge heraf kan enhver skade på den i løbet af dit liv blive permanent.
Forskere erkendte for længe siden, at en behandling, der gjorde det muligt for rygmarven at regenerere effektivt, ville være en game changer. I betragtning af alvorligheden af de fleste SCI er det forstået, at selv mindre forbedringer af en patients funktioner betyder store gevinster i livskvalitet.

Metoder til behandling af rygmarvsskader

Forskere har forsøgt mange forskellige tilgange i deres søgen efter en effektiv behandling af SCI. En tilgang, der har fået momentum, er brugen af lavfrekvente elektriske felter med skiftende polaritet. Specifikt er højfrekvente neuromodulationspuls til rygmarven blevet fundet at hjælpe med at stimulere regeneration.
Denne behandling er afhængig af elektroder, der implanteres i musklen direkte over dura mater. Tilgangen accelererede, efter at forskere fandt succes i ikke-menneskelige forsøgspersoner, herunder lampreyer, marsvin og hunde. Denne succes førte til, at de første menneskelige patienter modtog behandlingen.

Hvordan rygsøjlen dannes

Denne behandlingsstrategi fungerer på grund af, hvordan elektriske felter hjælper med at forme den tidlige udvikling af nervesystemet. Når din krop begynder at udvikle sig, hjælper elektriske felter rygmarven med at følge sin sti fra hjernestammen til din lænd. Bemærkelsesværdigt opmuntrer disse elektriske pulser vævs- og nervevækst.

Problemer med nuværende SCI-behandlinger

Selvom videnskaben om at bruge elektriske pulser til at behandle SCI stadig undersøges, har der været nogle hindringer for yderligere adoption. For det første var tidligere behandlinger afhængige af implanterede elektriske noder. Disse noder var lavet af metal, der kan korrodere over tid, hvilket reducerer behandlingens effektivitet og potentielt kan føre til andre komplikationer.

Derudover kan placeringen af disse elektroder resultere i uregelmæssige aflæsninger, hvilket begrænser behandlingens evne til at fremme langsigtet regeneration. At finde det rette signal og styrke for at optimere lavfrekvent stimulation har også været problematisk på grund af signalnedbrydning over tid, som følge af korrosionsproblemer.

Desværre kan de korroderende noder forårsage kropsskade, ændre din pH og introducere metalbiprodukter og ioner i din krop. Heldigvis har et team af videnskabsfolk fremsat en ny tilgang, der kan hjælpe med at løse mange af disse problemer og hjælpe millioner, der lider af SCI globalt.

Studie om rygmarvsimplantater

Et team af ingeniører fra Waipapa Taumata Rau, University of Auckland, demonstrerede en ny behandlingsmetode for SCI i studiet “Daily electric field treatment that improves functional outcomes after thoracic contusion spinal cord injury in rats”.
Dette papir går i dybden med oprettelsen af en avanceret ultratynd-film enhed, designet til at blive implanteret under dura mater. Implantatet bruger superkondensatorelektroder og lave frekvenser for at forbedre biotolerabilitet, hvilket gør det lettere at skabe langsigtede behandlingsstrategier.

Kilde – University of Auckland

Designet til ikke at hindre livet

Ingeniørerne forstod, at deres implantat skulle være ultratyndt for komfortabelt at forblive på plads. De begyndte med at genoverveje elektroderne. De fjernede de metal elektroder, der blev brugt i tidligere tilgange. I stedet blev elektroder belagt med sputteret iridiumoxidfilm (SIROF) anvendt.
Disse elektroder blev også dimensioneret for at forbedre deres kapaciteter. Bemærkelsesværdigt er elektroderne beregnet til at blive direkte implanteret på rygmarven, hvor de kan påføre en lille strøm til det skadede område. Omhyggeligt prøvede forskerne flere tilgange, før de besluttede sig for netop denne ultratynde filmfremstillingsmetode og enhed.

Skift polariteten

Det nye rygmarvsimplantatsystem påfører en skiftende ladning hver 15. minut til det beskadigede væv. Denne ladning er sat til ca. 0,5 mHz, hvilket gør det muligt at hjælpe axonvækst i begge retninger. Specifikt bruger enheden en stimulation med en pulsbredde på 250 ms. Imponerende er, at denne puls er meget længere end traditionelle tilgange og kan fungere uden nogen nedbrydningseksponering fra elektroderne.

Test af rygmarvsimplantater

Forskeren brugte 12 uger på at demonstrere gennemførligheden af deres studie. Testfasen involverede implantation af enheden i laboratorie‑rotter. Rotter er et af de få dyr, der naturligt kan komme sig efter rygmarvsskader, hvilket gør dem til et ideelt udgangspunkt for dette arbejde.
Ingeniørerne gennemførte 4 ugers behandling og overvågede derefter dyrenes reaktioner. Ved testens afslutning blev rotternes rygmarvsvæv undersøgt. Vigtigt var, at både behandlede og ubehandlede rotter blev testet for at se præcis, hvilke forbedringer den nye behandling giver i helingsprocessen.

Resultater af rygmarvsimplantat

Resultaterne af testen var imponerende. Ingeniørerne bemærkede, at behandlingen sikkert genoprettede bevægelse hos rotter efter alvorlige rygmarvsskader. Dyret begyndte at vise tegn på genopretning af både bevægelse og fornemmelse.

Som en del af testen blev rotternes poter udsat for en lille elektrisk strøm. Rotterne, der havde modtaget behandlingen, genkendte og kunne mærke den elektriske strøm i testen, reagerede derefter og trak sig væk. Imponerende viste de forbedret heling fra uge 1 af testen sammenlignet med ubehandlede rotter.

Dataene tyder på, at den subdurale stimulation gjorde det muligt for forsøgspersonerne at genvinde bagbenfunktion og berøringsfølsomhed. Derudover forårsagede tilgangen ikke betændelse i rygsøjlen som traditionelle metoder. De bemærkede, at elektroderne diffunderede ind i det omgivende væv som deres metal forgængere.

Teamet undersøgte derefter elektroderne for at se, om de producerede skadelige biprodukter eller bivirkninger efter implantatet. Der var ingen forurening, hvilket betyder, at denne tilgang gør det muligt for ingeniører at anvende behandlingen hyppigere og med mindre risiko. Endelig viser testresultaterne, at de behandlede rotter udviste forbedret præstation på en række motoriske færdighedstest, sammen med højere celleantal i motorrelaterede hjerneområder.

Fordele ved rygmarvsimplantater

Mange fordele kan gøre rygmarvsimplantater til en game-changer. For det første findes der ingen effektiv langsigtet behandling for rygmarvsskader. Denne tilgang vil åbne døren for yderligere forskning i de langsigtede virkninger af elektrostimulering på kroppen.
Det nye system giver patienterne længere stimulationsperioder. Specifikt bemærker rapporten, at de nye katoder overgår deres forgængere med 1000‑fold, hvilket betyder, at behandlingen kan levere stærkere doser uden at forårsage skade på patienten.

Mindre strøm

Ingeniørerne bemærkede, at den skiftende polaritetstilgang er energieffektiv. Den bruger kun en brøkdel af den energi, som andre implantatbaserede behandlinger kræver. Dette lave energibehov betyder, at enheden kan drives af kroppen ved hjælp af piezoelektronik eller andre metoder end batterier.

Større penetration

En anden stor fordel er, at de større elektroder giver dybere penetration af det elektriske felt i rygmarven. Jo dybere de lavfrekvente signaler kan nå, jo mere effektiv er kroppens respons. Imponerende forbedrer enheden den elektriske pulspenetration, samtidig med at energiforbruget sænkes.

Komfortabelt design

En af de største fordele ved denne tilgang er, at implantatet ikke forårsager ubehag for bæreren. Den oprindelige tilgang anvendte en meget større enhed, der kunne blive en gene for bæreren og skabe potentiel risiko for skade og mere. Den nye tilgang, der bruger ultratynde enheder, betyder, at enheden kan bæres uden at patienten bemærker den.

Sikrere brug

Teamet påpegede hurtigt, hvor meget sikrere den nye behandling er end alternative metoder. Specifikt dokumenterede teamet langt mindre betændelse hos patienterne. Der var ingen tilfælde af rygmarvsskade, og behandlingen producerede ikke irreversible faradaiske reaktioner ved elektrode‑vævsgrænsefladen som sine forgængere. Derudover udløser kroppen ikke et immunrespons på enheden.

Rygmarvsimplantaters virkelige anvendelser & tidslinje:

Der er mange virkelige anvendelser for teknologi med rygmarvsimplantater. Det åbenlyse anvendelsestilfælde er at hjælpe de millioner af mennesker, der lider af SCI over hele verden, med at leve et bedre liv. Denne tilgang repræsenterer et monumentalt skridt fremad i effektive behandlingsstrategier.

Tidslinje

Det kan tage 7‑10 år, før denne teknologi officielt begynder at finde vej ind i det medicinske felt. Der er stadig meget forskning, der skal udføres om de langsigtede virkninger af behandlingerne. Derudover vil ingeniørerne bruge år på at få godkendelse fra reguleringsmyndigheder på grund af behandlingens kompleksitet og de mulige konsekvenser af fejl på patienterne.

Forskere bag rygmarvsimplantater

Studiet om rygmarvsimplantater blev fremsat af ingeniører fra University of Auckland og Chalmers University of Technology i Sverige. Papiret angiver Dr. Bruce Harland som hovedforsker for studiet. Derudover havde han støtte fra Professor Darren Svirskis, Maria Asplund og flere andre forskere fra anerkendte universiteter.

Fremtiden for rygmarvsimplantater

Fremtiden for denne teknologi ser lys ud. Teamet vil nu fokusere på at omsætte deres viden til at skabe en pålidelig og præcis medicinsk enhed. Enheden kan en dag gavne millioner af mennesker, der lever med disse livsændrende rygmarvsskader. Derudover vil gruppen dykke dybere ned i at undersøge vitale aspekter af behandlingen, såsom frekvens, varighed og brug af medicin i kombination med tilgangen.

Investering i sundhedsvidenskab

Sektoren for fremstilling af medicinsk udstyr er en konkurrencedygtig branche med flere dominerende aktører. Disse virksomheder producerer produkter designet til at hjælpe dem, der lider af alvorlige lidelser. Deres dedikation til at fremme videnskabelig forskning og sundhed gør dem til investorernes favoritter. Her er en virksomhed, der leder an og hjælper med at bringe behandlinger til næste niveau.

Tiziana Life Sciences (TLSA)

Tiziana Life Sciences (TLSA ) gik på markedet i 2013. Denne London-baserede biotekvirksomhed specialiserer sig i forskning og udvikling af behandlinger for neuroinflammatoriske og neurodegenerative sygdomme som MS, ALS, Alzheimers og mere. Virksomhedens unikke tilgang og teknologi har gjort den til et anerkendt navn blandt leverandører af behandlinger for rygmarvsskader.