Российским, американским и швейцарским ученым в совместных исследованиях удалось добиться формирования новых межнейронных связей в поврежденных участках спинного мозга крыс.

В зависимости от степени тяжести травм, повреждения спинного мозга приводят к полному или частичному параличу конечностей. Ученые и врачи потратили много сил и времени для того, чтобы придумать способ, который мог бы возвращать подвижность людям с травмами позвоночника и спинного мозга.

Наука и жизнь // Иллюстрации

Группа исследователей под руководством Грегуа Куртина из Университета Цюриха (Швейцария) при непосредственном участии российских коллег из Института физиологии им. И.П. Павлова РАН (Санкт-Петербург) разработала оригинальную методику восстановления движений.

Доктор Куртин с коллегами обратили внимание на то, что даже при самых серьезных повреждениях спинного мозга,  часть нервных волокон, как правило, остается нетронутой. Их и решили использовать для восстановления. Модельные эксперименты были поставлены на крысах. Сначала животным сделали операцию, перерезав нервные волокна, идущие от спинного мозга к головному. Серия надрезов была выполнена так, что не возникало полного разрыва, но и непрерывная связь между нейронами спинного мозга была нарушена.

В 2009 году группа Куртина уже проводила подобные исследования. Тогда ученые обратили внимание на то, что при электрической и химической стимуляции нейронов изолированный фрагмент спинного мозга парализованных крыс «оживал» и начинал «самостоятельно» контролировать движение задних лап животного. Только благодаря работе спинного мозга, крысы двигались по включенной беговой дорожке, но не могли самостоятельно передвигаться при ее отключении.

В новой работе исследователи проводили своего рода «реабилитационный курс» через неделю после операции, который включал в себя полчаса ежедневных занятий, химическую и электрическую стимуляцию нервных тканей парализованных крыс.

Оказалось, что одновременная электрическая стимуляция спинного мозга и фармакологическая активация нескольких моноаминергических рецепторов может в определенной степени заменить естественные супраспинальные сигналы. Такое воздействие улучшало не только двигательную функцию, но и способность к поддержанию положения тела.
«Мы говорим о 100-процентном восстановлении свободы движений за несколько недель», – поясняет Грегуа Куртин.
Через 2–3 недели после начала реабилитации прооперированные крысы, полностью утратившие способность к передвижению, могли вставать на лапы.

Неожиданно «проснувшийся» спинной мозг воспринимал стимуляцию как команду к ходьбе: парализованные нижние конечности начинали двигаться. Эта ходьба не была осознанной, головной мозг не отдавал команду и не мог регулировать направление движения и ориентацию тела в пространстве. Специальная роботизированная «сбруя» помогала животным не падать и держать равновесие. Наличие «сбруи» давало крысе ощущение, что ее задние лапы здоровы, и что она вполне может добраться, например, до заветного лакомства. Комбинация такой регулярной тренировки с электро- и химической стимуляцией спинного мозга позволила восстанавливать произвольный контроль движений благодаря появлению новых межнейронных связей в поврежденных областях.

«Трудно предсказать дальнейшие перспективы клинического применения исследованных нами экспериментальных подходов. Предстоит много работы в изучении фундаментальных аспектов полученных феноменов, разработке спинальных имплантатов для электрохимической стимуляции и выборе оптимальных алгоритмов их использования в клинической практике. На это сейчас направлена активная научная деятельность ведущих лабораторий различных стран в русле сотен самостоятельных и межлабораторных исследовательских проектов. Остается надеяться, что в результате совместных усилий мировых научных центров в скором времени будет найдена эффективная стратегия нейрореабилитации парализованных больных, которая войдет в общепринятые клинические стандарты», – рассказал корреспонденту «Науки и жизни» один из авторов этого исследования, сотрудник лаборатории физиологии движений Института физиологии им. И.П.Павлова РАН кандидат медицинских наук Павел Мусиенко.

Во всяком случае, хотя нейробиологи аккуратно интерпретируют результаты лабораторных экспериментов, чтобы не вызвать неоправданных чрезмерных ожиданий, возможности современной роботехники уже достигли таких вершин, когда создаются системы, в значительной мере содействующие перемещению. Пару месяцев назад весь мир наблюдал за Клэр Ломас, женщиной, полностью парализованной ниже линии груди. Используя компьютеризированный экзоскелет ReWalk, она прошла знаменитый Лондонский марафон – 42 с лишним километра.