Nieuwe spinale implantaten bieden hoop voor herstel van SCI

Een team van ingenieurs van de Universiteit van Auckland heeft aanzienlijke vooruitgang geboekt in het ontwikkelen van een implanteerbaar elektronisch apparaat dat bedoeld is om mensen met een dwarslaesie te helpen hun functionaliteit te herstellen. Het lichtgewicht implantaat zou de behandeling van spinale verwondingen in de toekomst kunnen revolutioneren. Hier is wat u moet weten.

Dwarslaesies

Uw ruggenmerg bestaat uit buisvormig weefsel dat van de achterkant van uw schedel langs uw wervels tot aan uw onderrug loopt. Het speelt een cruciale rol als de belangrijkste snelweg voor uw zenuwstelsel en hersenen om met de rest van uw lichaam te communiceren. Specifiek is het verantwoordelijk voor essentiële taken zoals reflexen en het beheersen van uw beweging.

De cruciale rol die uw ruggenmerg speelt in uw biologie kan niet genoeg benadrukt worden. Daarom kan elke schade aan het ruggenmerg leiden tot verschillende aandoeningen, waaronder neuropathische pijn, verlies van motorische en sensorische vermogens, oncontroleerbare darmen en zelfs seksuele disfunctie.

Volgens recente studies, leven momenteel meer dan 15 miljoen mensen wereldwijd met een dwarslaesie (SCI). Deze verwondingen variëren van ongemak tot het niet kunnen uitvoeren van basis dagelijkse taken. Kleine dingen zoals naar het toilet gaan of lunch maken kunnen onmogelijk worden voor mensen met een SCI. Het ergste is dat er een trend lijkt te zijn naar meer SCI’s in de toekomst. Naar schatting zal dit jaar nog eens 200‑500 duizend mensen een SCI oplopen.

Waarom dwarslaesies zo moeilijk te genezen zijn

Er zijn veel aspecten van SCI’s die ze moeilijker maken om te behandelen dan andere verwondingen. Ten eerste geneest het ruggenmerg niet even snel als andere lichaamsdelen. Daardoor kan elke schade die u tijdens uw leven oploopt permanent worden.
Onderzoekers realiseerden zich al lang dat het ontwikkelen van een behandeling die het ruggenmerg effectief laat regenereren een keerpunt zou zijn. Gezien de ernst van de meeste SCI’s wordt begrepen dat zelfs kleine verbeteringen in de functionaliteit van een patiënt grote winsten betekenen voor de kwaliteit van leven.

Methoden om dwarslaesies te behandelen

Onderzoekers hebben vele verschillende benaderingen geprobeerd in hun zoektocht naar een effectieve behandeling voor SCI’s. Eén aanpak die momentum heeft gekregen, is het gebruik van laagfrequente elektrische velden met wisselende polariteit. Specifiek zijn hoge-frequentie neuromodulatiepulses naar het ruggenmerg gevonden die de regeneratie stimuleren.
Deze behandeling maakt gebruik van elektroden die in de spier direct boven het dura mater worden geïmplanteerd. Deze aanpak versnelde nadat onderzoekers succes hadden geboekt bij niet-menselijke proefpersonen, waaronder lampreien, cavia’s en honden. Dit succes leidde ertoe dat de eerste menselijke patiënten de behandeling kregen.

Hoe de wervelkolom zich vormt

Deze behandelingsstrategie werkt doordat elektrische velden de vroege ontwikkeling van het zenuwstelsel vormgeven. Wanneer uw lichaam begint te ontwikkelen, helpen elektrische velden het ruggenmerg zijn pad van de hersenstam naar uw onderrug te volgen. Opmerkelijk genoeg stimuleren deze elektrische pulsen weefsel- en zenuwgroei.

Problemen met huidige SCI-behandelingen

Hoewel de wetenschap van het gebruik van elektrische pulsen om SCI’s te behandelen nog steeds wordt onderzocht, zijn er enkele obstakels voor bredere adoptie. Ten eerste vertrouwden eerdere behandelingen op geïmplanteerde elektrische knooppunten. Deze knooppunten waren gemaakt van metaal dat na verloop van tijd kan corroderen, waardoor de effectiviteit van de behandeling afneemt en mogelijk andere complicaties ontstaan.

Bovendien kan de plaatsing van deze elektroden leiden tot onregelmatige metingen, waardoor de capaciteit van de behandeling om langdurige regeneratie te stimuleren beperkt wordt. Ook is het vinden van het juiste signaal en de juiste sterkte om laagfrequente stimulatie te optimaliseren problematisch geweest door signaaldegradatie in de loop van de tijd, als gevolg van corrosieproblemen.

Helaas, wanneer de knooppunten beginnen te corroderen, kunnen ze lichamelijke schade veroorzaken, uw pH-waarde wijzigen en metaalbijproducten en ionen in uw lichaam introduceren. Gelukkig heeft een team van wetenschappers een nieuwe benadering voorgesteld die veel van deze problemen kan oplossen en miljoenen mensen met een SCI wereldwijd kan helpen.

Spinale implantaten studie

Een team van ingenieurs van Waipapa Taumata Rau, Universiteit van Auckland, demonstreerde een nieuwe behandelingsmethode voor SCI in de “Dagelijkse elektrische veldbehandeling die functionele uitkomsten verbetert na thoracale contusie van het ruggenmerg bij ratten” studie.
Dit artikel gaat in op de creatie van een geavanceerd ultradunfilmapparaat dat onder het dura mater moet worden geïmplanteerd. Het implantaat maakt gebruik van supercondensator-elektroden en lage frequenties om de biotoelaatbaarheid te verbeteren, waardoor het eenvoudiger wordt om langetermijnbehandelingsstrategieën te ontwikkelen.

Bron – University of Auckland

Ontworpen om het leven niet te belemmeren

De ingenieurs begrepen dat hun implant ultra-dun moest zijn om comfortabel op zijn plaats te blijven. Ze begonnen met het herontwerpen van de elektroden. Ze verwijderden de metalen elektroden die in eerdere benaderingen werden gebruikt. In plaats daarvan werden elektroden gebruikt die waren gecoat met gesputterde iridiumoxidefilms (SIROF).
Deze elektroden werden ook vergroot om hun mogelijkheden te verbeteren. Opmerkelijk is dat de elektroden direct op het ruggenmerg moeten worden geïmplanteerd, waar ze een kleine stroom naar de beschadigde plek kunnen sturen. De onderzoekers hebben verschillende benaderingen geprobeerd voordat ze kozen voor deze specifieke dunfilm-fabricatiemethode en het apparaat.

Polarisatie afwisselen

Het nieuwe ruggenmergimplantaatsysteem past elke 15 minuten een wisselende lading toe op het beschadigde weefsel. Deze lading is ingesteld op ongeveer 0,5 mHz, waardoor het de axonuitgroei in beide richtingen kan ondersteunen. Specifiek maakt het apparaat gebruik van een stimulatie met een pulsbreedte van 250 ms. Indrukwekkend is dat deze puls veel langer is dan traditionele benaderingen en kan functioneren zonder enige terugtrekking van de elektroden.

Spinale implantaten test

De wetenschapper nam 12 weken om de haalbaarheid van hun studie aan te tonen. De testfase omvatte het implanteren van het apparaat in laboratoriumratten. Ratten behoren tot de weinige dieren die van nature kunnen herstellen van ruggenmergletsels, waardoor ze een ideaal startpunt voor dit onderzoek vormen.
De ingenieurs voerden 4 weken behandeling uit en monitoren vervolgens de reacties van de dieren. Aan het einde van de test werd het ruggenmergweefsel van de rat onderzocht. Cruciaal is dat zowel behandelde als onbehandelde ratten werden getest om precies te zien welke verbeteringen het nieuwe behandelingsprotocol biedt voor het genezingsproces.

Resultaten van spinale implantaten

De resultaten van de test waren indrukwekkend. De ingenieurs merkten op dat de behandeling veilig de beweging bij ratten herstelde na ernstige ruggenmergletsels. Het dier begon tekenen van herstel van zowel beweging als gevoel te vertonen.

Als onderdeel van de test werden de poten van de ratten blootgesteld aan een kleine elektrische stroom. De ratten die de behandeling hadden ontvangen herkenden en voelden de elektrische stroom tijdens de test, reageerden dienovereenkomstig en trokken zich terug. Indrukwekkend toonden ze vanaf week 1 een verbeterde genezing vergeleken met onbehandelde ratten.

De gegevens suggereren dat de subdurale stimulatie de proefpersonen in staat stelde de functie van de achterpoten en het tastgevoel te herstellen. Bovendien veroorzaakte de benadering geen ontsteking van de wervelkolom zoals traditionele methoden. Ze merkten op dat de elektroden zich verspreidden in het omringende weefsel, vergelijkbaar met hun metalen voorgangers.

Het team onderzocht vervolgens de elektroden om te bepalen of ze schadelijke bijproducten of bijwerkingen produceerden na de implantatie. Er was geen contaminatie, wat betekent dat deze benadering ingenieurs in staat stelt de behandeling vaker en met minder risico toe te passen. Ten slotte tonen de testresultaten aan dat de behandelde ratten betere prestaties leverden op diverse motorische vaardigheidstesten, naast een hoger aantal cellen in motorisch gerelateerde hersengebieden.

Voordelen van spinale implantaten

Veel voordelen kunnen spinale implantaten tot een keerpunt maken. Ten eerste is er geen effectieve langetermijnbehandeling voor dwarslaesies. Deze benadering zal de deur openen voor verder onderzoek naar de langetermijneffecten van elektrostimulatie op het lichaam.
Het nieuwe systeem biedt patiënten langere stimulatieperioden. Specifiek meldt het rapport dat de nieuwe kathodes hun voorganger met 1000× overtreffen, wat betekent dat de behandeling sterkere doses kan leveren zonder schade aan de patiënt te veroorzaken.

Minder energie

De ingenieurs merkten op dat de wisselende polariteitsaanpak energiezuinig is. Het gebruikt slechts een fractie van de energie die andere implantaatgebaseerde behandelingen vereisen. Deze lage energiebehoefte betekent dat het apparaat door het lichaam kan worden aangedreven met piezo-elektronica of andere methoden dan batterijen.

Grotere penetratie

Een ander groot voordeel is dat de grotere elektroden een diepere penetratie van het elektrische veld (EF) in het ruggenmerg bieden. Hoe dieper de laagfrequente signalen kunnen doordringen, hoe effectiever de respons van het lichaam is. Indrukwekkend verbetert het apparaat de penetratie van elektrische pulsen terwijl het energieverbruik wordt verlaagd.

Comfortabel ontwerp

Een van de grootste voordelen van deze benadering is dat het implantaat geen ongemak veroorzaakt bij de drager. De oorspronkelijke aanpak maakte gebruik van een veel groter apparaat dat hinderlijk kon zijn voor de drager, met een potentieel risico op schade en meer. De nieuwe aanpak, met ultradunne apparaten, betekent dat het apparaat gedragen kan worden zonder dat de patiënt het merkt.

Veiligere toepassing

Het team wees er snel op dat de nieuwe behandeling veel veiliger is dan alternatieve methoden. Specifiek documenteerde het team veel minder ontsteking bij patiënten. Er waren geen gevallen van ruggenmergschade, en de behandeling veroorzaakte geen onomkeerbare faradaïsche reacties op de elektrode‑weefselinterface zoals bij de voorgangers. Bovendien veroorzaakt het lichaam geen immuunrespons op het apparaat.

Toepassingen van spinale implantaten in de praktijk & Tijdlijn:

Er zijn veel praktische toepassingen voor spinale implantatietechnologie. Het voor de hand liggende gebruiksscenario is het helpen van de miljoenen mensen die wereldwijd een SCI hebben om een beter leven te leiden. Deze benadering vertegenwoordigt een monumentale sprong in effectieve behandelingsstrategieën.

Tijdlijn

Het kan 7‑10 jaar duren voordat deze technologie officieel zijn weg vindt in de medische sector. Er moet nog veel onderzoek worden gedaan naar de langetermijneffecten van de behandelingen. Bovendien zullen de ingenieurs jaren besteden aan het verkrijgen van goedkeuring van regelgevende instanties vanwege de complexiteit van de behandeling en de mogelijke gevolgen van eventuele incidenten voor patiënten.

Onderzoekers van spinale implantaten

De studie over spinale implantaten werd gepresenteerd door ingenieurs van de Universiteit van Auckland en Chalmers University of Technology in Zweden. Het artikel vermeldt Dr. Bruce Harland als hoofdonderzoeker van de studie. Daarnaast kreeg hij steun van professor Darren Svirskis, Maria Asplund en verschillende andere wetenschappers van geaccrediteerde universiteiten.

Toekomst van spinale implantaten

De toekomst van deze technologie ziet er rooskleurig uit. Het team zal zich nu richten op het toepassen van wat ze hebben geleerd om een betrouwbaar en nauwkeurig medisch apparaat te creëren. Het apparaat kan op een dag miljoenen mensen met deze levensveranderende dwarslaesies ten goede komen. Bovendien zal de groep dieper ingaan op onderzoek naar cruciale aspecten van de behandeling, zoals frequentie, duur en het gebruik van medicatie in combinatie met de benadering.

Investeren in gezondheidswetenschappen

De sector voor de productie van medische apparaten is een competitieve industrie met verschillende dominante spelers. Deze bedrijven produceren producten die bedoeld zijn om mensen met ernstige aandoeningen te helpen. Hun toewijding aan het bevorderen van wetenschappelijk onderzoek en gezondheid maakt deze bedrijven favoriet bij investeerders. Hier is één bedrijf dat de leiding neemt en helpt behandelingen naar een hoger niveau te tillen.

Tiziana Life Sciences (TLSA)

Tiziana Life Sciences (TLSA ) betrad de markt in 2013. Dit in Londen gevestigde biotechbedrijf is gespecialiseerd in onderzoek en ontwikkeling van behandelingen voor neuro‑inflammatoire en neurodegeneratieve ziekten zoals MS, ALS, Alzheimer en meer. De unieke benadering en technologie van het bedrijf hebben het tot een erkende naam gemaakt onder aanbieders van dwarslaesiebehandelingen.