A gerincvelő sérülése gyakran vezet bénuláshoz, ami az egyik legrettegettebb egészségügyi komplikáció. A bénulás maradandó károsodás, amivel az embernek meg kell tanulnia együtt élni, hiszen egyelőre nincs kezelési módszer, ami megszüntetné. Ez persze nem jelenti azt, hogy ne dolgoznának gőzerővel a kutatók ilyen kezelési módszerek kifejlesztésén, sőt, épp ellenkezőleg, számos különböző stratégiával próbálkoznak. Az egyik legbiztatóbb eljárás az epidurális ingerlés, amelynek lényege, hogy a sérült gerincvelő épen maradt hálózatainak ingerlésével indítanak be olyan átszerveződési folyamatokat, melyek eredményeképp a bénult izmok újra mozgathatók lesznek. Egy új vizsgálat géntechnológiai módszerrel azonosított olyan sejtcsoportokat a gerincvelőben, amik hozzájárulhatnak a bénulásból való felépüléshez.

A gerincsérülés következményei

A gerincsérülés viszonylag gyakori következménye különböző baleseteknek. Magyarországon például évente néhány száz gerincsérüléses eset jellemző. A gerincsérülés legnagyobb veszélye, hogy átmetsződhetnek a gerincvelőben futó idegpályák, ami érzéskiesést és bénulást eredményezhet. A pályákat alkotó idegsejtnyúlványok képezik az összeköttetést például a periférián elhelyezkedő receptorok (tapintás, hő, fájdalom) és az agy, illetve az izmok és az agy között. Mivel a központi idegrendszer (agy és gerincvelő) regenerációs képessége gyenge, a gerincvelői nyúlványok átmetsződése miatt kialakuló tünetek általában maradandók.

A bénulás esetében a probléma gyökere az, hogy az agyban kialakuló mozgató parancsok nem tudnak eljutni a gerincvelőben lévő mozgató idegsejtekhez, amik közvetlen kapcsolatban vannak az izmokkal. Erre az lehet a megoldás, ha az agyban kialakuló mozgató parancsokat mesterséges úton juttatják el a gerincvelőbe. Ennek egyelőre számos technológiai korlát állja útját. Az agyban kialakuló mozgató parancsok pontos kiolvasása jelenleg nem kivitelezhető, viszont a gerincvelő ingerlése révén létrehozhatók olyan izommozgások, amik lehetővé tehetik például az állást és a járást is.

Ez nem olyan meglepő, hiszen a fiziológusok már évszázadokkal ezelőtt megfigyelték, hogy a lefejezett béka néhány perccel a beavatkozás után normális testhelyzetet vesz fel és a különféle ingerekre is reagál: lelöki a testéről a kellemetlenséget okozó tárgyakat és akár el is ugrik a fájdalmas ingerek elől. Ez azt jelenti, hogy a gerincvelőben megvannak az összetett mozgások koordinálásához szükséges hálózatok, vagyis akár az agy befolyása nélkül is létrehozhatók lehetnek a járáshoz szükséges izomösszehúzódások.

Az epidurális ingerlés legyőzheti a bénulást

Persze az, hogy a béka vagy más gerincesek esetében a gerincvelő az agy nélkül is képes bonyolult mozdulatok létrehozására, még nem egyértelmű bizonyítéka annak, hogy ez az emberre is igaz. Az első erre utaló eredményt egy más céllal kifejlesztett módszer, az epidurális ingerlés produkálta a 70-es években. Az eszközt krónikus fájdalomtól szenvedő betegek gerincvelőjén, az azt burkoló kemény hártyán helyezték el (a hártya latin neve dura mater – innen az „epidurális” kifejezés). A kísérletet a fájdalom kapuelmélete ihlette, melynek lényege, hogy egy elég erős inger képes lehet felülírni egy fájdalmasat (ezért enyhítheti a szenvedést a fogorvosi székben a karfa megszorítása). A kísérlet során kiderült, hogy az ingerlés hatására akár a lebénult izmok is összehúzódhatnak. Nem sokkal később már a gerincsérült betegeknek beültetett eszköz által kiváltott ritmikus mozgásokról számoltak be a kutatók. A 2000-es években aztán egyre több kutatás támasztotta alá az epidurális ingerlés hatékonyságát, sőt, az is kiderült, hogy a beavatkozásnak hosszú távú hatásai is vannak. Ez azt jelenti, hogy nem csak az ingerlés bekapcsolásakor enyhült a bénulás súlyossága, hanem a készülék állapotától függetlenül is. Egy páciens például arra figyelt fel, hogy képes akaratlagosan mozgatni a nagy lábujját.

Érdekes módon azonban még máig nem ismert ezen hatások neurofiziológiai háttere. A legmeglepőbb jelenség az, hogy a betegek a stimulátor kikapcsolása után is képesek lehetnek a végtagjaik mozgatására. A szakértők túlnyomó többsége szerint a magyarázat abban rejlik, hogy ezeknél a betegeknél fennmaradtak bizonyos összeköttetések az agy és a gerincvelő között, melyek az epidurális ingerlés hatására, az idegrendszer plaszticitása (változékonysága) révén, válnak képessé újra ellátni az elvesztett funkciókat, vagy azoknak legalábbis egy részét.

Az epidurális ingerlés hatásának mechanizmusa

Egy nemzetközi kutatócsoport az epidurális ingerlés hatásának hátterében álló folyamatokat vizsgálta, hogy alaposabban megérthessék az eszköz működésének lényegét. A kutatók egy saját fejlesztésű eszközt ültettek be kilenc gerincsérült betegnek. Az eszköz abban tér el a korábban használt változatoktól, hogy kevésbé gátolta a gerincvelő érzékelésért felelős részeinek működését. Ez azért volt fontos újítás, mert az elmúlt években kiderült, hogy az ezekről a területekről induló jelek központi fontosságúak a mozgás visszanyerése szempontjából. Az eszköz mind a kilenc betegnél jelentősen javította a járást.

A kutatók ezután hasonló készüléket építettek a kísérleti egerek számára is. Az állatok gerincvelőjének sértését követően megfigyelték, hogyan befolyásolja a felépülést az epidurális ingerlő beültetése. Azt találták, hogy a készülék az egereknél is javította a részlegesen lebénult végtag mozgatását. A kutatók ezután a gerincvelő lumbáris szakaszából vett mintákon végeztek egysejt szekvenálást. Ez azt jelenti, hogy a gerincvelő sejtjeit elválasztották egymástól, majd egyesével szekvenálták az mRNS tartalmukat. Az mRNS szekvenálásával kideríthető, hogy milyen gének íródnak át a sejtben, ebből pedig következtetni lehet a sejtek működésére. Ezzel a módszerrel a kutatók kimutatták, hogy az epidurális ingerlés hatására egy bizonyos gerincvelői sejtcsoport (V2a sejtek) működése változik meg számottevően.

Ezek alapján a kutatók további kísérleteket végeztek, melyekben az említett sejtek aktivitását mesterségesen befolyásolták. Azt találták, hogy amikor a sejteket gátolták, akkor az epidurális ingerlés nem tudta javítani a gerincsérült kísérleti állatok járását, azonban a sejtek mesterséges aktiválása akár epidurális ingerlés hiányában is javított a járáson. Ezek az eredmények tehát azt sugallják, hogy az epidurális ingerlés egy bizonyos sejtcsoport aktiválása révén adja vissza az izmok mozgatásának képességét. A kutatók azt is kimutatták, hogy más sejtcsoportok működése is megváltozik az epidurális ingerlés hatására, tehát feltehetőleg ezeknek is van valami szerepe a helyi hálózatok átszervezésében. Meglepő volt, hogy a sejtek egy jelentős része gátló idegsejt, vagyis összességében a funkcionális helyreállás során csökken az aktivitás mértéke a gerincvelőben. Ez azzal magyarázható, hogy az idegrendszer működésében a gátló idegsejtek gyakran finomítják, koordinálják a jelátvitelt.

Az új eredmények tehát fényt derítettek rá, hogy mely gerincvelői sejttípusokhoz köthető az epidurális ingerlés által kiváltott felépülés. Ezek az ismeretek remélhetőleg hozzájárulnak majd a beavatkozás hatásfokának növeléséhez. Elképzelhető például, hogy az epidurális ingerlés mellett más jellegű beavatkozással fokozzák a gerincvelő fogékonyságát az ingerlésre és a két hatás egymást erősítve javítja majd a bénult testrészek mozgékonyságát.

Ez a cikkem az Élet és Tudomány Agyi aktualitások rovatában jelent meg.

Forrás

Neurons that promote recovery from paralysis identified (nature.com)

How a revolutionary technique got people with spinal-cord injuries back on their feet

Targeted neurotechnology restores walking in humans with spinal cord injury | Nature