Un basso

Una lesione del midollo spinale è un evento che cambia la vita e gli effetti, come debolezza muscolare e paralisi, possono sconvolgere drasticamente la vita di una persona. Sebbene non esista una cura per la paralisi, sono stati compiuti alcuni progressi nello sviluppo di potenziali opzioni terapeutiche per migliorare i sintomi. Tuttavia, gran parte di esso rimane fuori dalla portata di molti pazienti. Una persona con una lesione completa del midollo spinale può trarre beneficio da uno stimolatore del midollo spinale, ma i costi, la sicurezza e la volontà del paziente di sottoporsi a un intervento chirurgico sono tra gli ostacoli al trattamento.

Ora, un gruppo di ingegneri della Washington University St. Louis, guidati da Ismael Seáñez, assistente professore di ingegneria biomedica presso la McKelvey School of Engineering e di neurochirurgia presso la School of Medicine, ha iniziato a lavorare su un approccio a basso costo e non invasivo alla stimolazione del midollo spinale che offre una speranza accessibile ai pazienti. Il loro lavoro, pubblicato il 25 luglio sul Journal of Neural Engineering, utilizza una serie di elettrodi a bassa tecnologia che stimola efficacemente i muscoli delle gambe nelle persone con lesioni del midollo spinale.

Un tipo di stimolazione, chiamata stimolazione epidurale del midollo spinale (eSCS), impianta elettrodi sotto la pelle vicino alla colonna vertebrale e invia segnali elettrici per stimolare specifici gruppi muscolari. In una lesione del midollo spinale, la comunicazione neuronale dal cervello ai muscoli del corpo può essere interrotta, ma le connessioni dal midollo spinale ai muscoli stessi rimangono intatte. L'ESCS può avvicinarsi molto alla colonna vertebrale e consentire essenzialmente ai segnali indeboliti provenienti dal cervello di raggiungere i loro obiettivi nel midollo spinale per riattivare i muscoli.

A causa della vicinanza dell'impianto alla colonna vertebrale, "Possiamo essere molto precisi su quali muscoli prendere di mira", ha detto Seáñez.

L'ESCS è disponibile fin dagli anni '60 per la gestione del dolore e nell'ultimo decennio è stato utilizzato con successo per produrre movimenti muscolari per attività complesse e abili come andare in bicicletta, nuotare e andare in kayak. Tuttavia, l’intervento chirurgico richiesto, l’ampio team di esperti necessari per impiantarlo e un costo di decine di migliaia di dollari, possono mantenerlo fuori dalla portata di molti.

Invece, Seáñez e il suo laboratorio si sono rivolti alla SCS transcutanea (tSCS). Invece di un impianto chirurgico direttamente nel corpo, tSCS utilizza una serie di elettrodi posizionati sulla pelle per fornire impulsi elettrici con l’obiettivo di stimolare gruppi muscolari specifici. I ricercatori hanno studiato per anni la tSCS per la stimolazione muscolare, in una varietà di configurazioni sia con elettrodi singoli che con array di più elettrodi, ma prima di questo lavoro non esisteva uno studio completo che valutasse come utilizzare al meglio la tSCS per la stimolazione muscolare.

Questa mancanza di analisi dettagliate ha frenato tSCS. Ad esempio, una configurazione a singolo elettrodo fornisce al paziente una stimolazione molto generale che attiva essenzialmente tutti i motoneuroni sotto il punto del midollo spinale che viene stimolato. Quindi, invece di flettere specificatamente l'anca, ad esempio, un paziente potrebbe semplicemente scuotere l'intera gamba. Con uno studio mirato, Seáñez ha ipotizzato di poter creare una serie di linee guida che possano essere utilizzate dai professionisti medici.

Il team di Seáñez ha reclutato 16 partecipanti senza lesioni del midollo spinale per testare la loro configurazione tSCS. Hanno scoperto che invece di un solo elettrodo posizionato sulla pelle vicino alla colonna vertebrale, l’utilizzo di più elettrodi, tre su ciascun lato della colonna vertebrale e due su ciascun lato dell’addome per chiudere il circuito, era la configurazione più efficace. Ciò ha dato loro un controllo più specifico dei muscoli in regioni selezionate, come l’anca o la caviglia. Il gruppo ha testato una varietà di configurazioni di elettrodi e, attraverso test ripetuti, ha calcolato un grafico di probabilità che individua i punti migliori lungo la colonna vertebrale in cui posizionare gli elettrodi e le possibilità di attivare elettrodi muscolari specifici. Usando quella sperimentazione, Seáñez ha creato una mappa del midollo spinale che illustra dove lungo il corpo, in un ipotetico scenario riabilitativo, i professionisti medici dovrebbero mirare a stimolare specifici gruppi muscolari.