Dans une étude récente publiée dans le La nature journal, les chercheurs ont évalué l’impact de la stimulation électrique épidurale spatio-temporelle (EES) sur les personnes souffrant de lésions chroniques de la moelle épinière.
La moelle épinière lombaire contient les neurones qui régulent l’activité de la marche. Pour activer ces neurones responsables de la marche, le cerveau transmet des ordres par des voies descendantes depuis le tronc cérébral. Une lésion médullaire aiguë (SCI) disperse ce système de communication structuré. Bien que la blessure ne cause pas de dommages directs aux neurones de la moelle épinière lombaire, le manque de commandes supraspinales cruciales les rend dysfonctionnels. Il en résulte une paralysie permanente. Des études de cas individuelles indiquent que l’EES peut rapidement réactiver ces neurones présents dans la moelle épinière lombaire, permettant aux personnes paralysées de marcher. Même lorsque la stimulation était désactivée, l’application de l’EES pendant la neuroréhabilitation (EESDÉSINTOX) amélioration de la récupération de la marche.
Étude : Les neurones qui rétablissent la marche après une paralysie. Crédit d’image : MattLphotography/Shutterstock
À propos de l’étude
Dans la présente étude, les chercheurs ont évalué l’impact de l’EES sur l’EESDÉSINTOX effectuée sur des personnes souffrant de lésions chroniques de la moelle épinière.
Tout d’abord, l’équipe a examiné si EESDÉSINTOX pourrait restaurer avec succès la marche dans une large population de patients atteints de lésions médullaires et si cette récupération nécessitait un remodelage de la région lombaire. Ensuite, l’essai « Stimulation Movement Overground » (STIMO) a déterminé la sécurité et la viabilité de l’EESDÉSINTOX dans l’amélioration de la récupération de la marche chez les patients atteints de lésions médullaires chroniques. SEEDÉSINTOX combiné un neurostimulateur implanté chirurgicalement avec une sonde à palettes multi-électrodes pour la régulation en boucle fermée des protocoles EES biomimétiques et la neuroréhabilitation aérienne assistée par un système d’assistance robotique multidirectionnel.
Après les phases de configuration initiales, les participants ont complété EESDÉSINTOX pendant cinq mois au total, comprenant la station debout, la marche et l’exécution de diverses activités avec l’EES allumé (EESSUR) quatre à cinq fois par semaine. Au fil du temps, les capacités portantes des participants ont augmenté, leur permettant de marcher à l’extérieur avec les deux SEESUR et un dispositif de stabilisation. La tomographie par émission de positrons (TEP) de l’absorption du 18F-fluorodésoxyglucose (FDG) a été utilisée pour mesurer l’activité métabolique de la moelle épinière en réponse à la marche avant et après l’EESDÉSINTOX.
Sur la base de la surexpression de gènes précoces immédiats, l’équipe visait à reconnaître les sous-populations neuronales engagées à l’aide d’EESDÉSINTOX. Le concept de hiérarchisation des types de cellules a été conçu et vérifié. De plus, la méthode d’apprentissage automatique Augur a été utilisée comme boussole moléculaire pour prioriser les neurones sensibles aux perturbations dans la moelle épinière lombaire. Cela a été réalisé en examinant d’abord si les neurones SCVsx2 :: Hoxa10 étaient nécessaires pour développer une activité de marche chez des souris en bonne santé. Étudier la fonction des neurones SCVsx2 :: Hoxa10 après l’EESDÉSINTOX, l’équipe a introduit des électrodes dans le système sans fil développé pour l’optogénétique de la moelle épinière. Des micro-LED et des électrodes décalées vers le rouge ont ensuite été incorporées dans le même implant péridural pour faciliter la photostimulation profondément pénétrante et permettre la marche à l’aide de l’EES, respectivement.
Système de support du poids du corps permettant la marche au-dessus du sol et générateur d’impulsions implantable sans fil fonctionnant en boucle fermée, connecté à une sonde à palette ciblant les racines dorsales qui innervent les segments lombo-sacrés. bChronophotographie montrant le passage de la position assise à la marche chez un participant représentatif. c, 18FDG-PET projeté sur un modèle personnalisé de la moelle épinière élaboré à partir d’une IRM haute résolution (participant ID DM002), montrant l’activité métabolique de la moelle épinière – exprimée en valeur d’absorption standardisée (SUVpc)—en réponse à la marche avant et après l’EESDÉSINTOX. réDiagrammes à barres indiquant le changement relatif de l’activité métabolique FDG-PET normalisée pendant la marche avant et après l’EESDÉSINTOXles scores moteurs des membres inférieurs et la distance parcourue lors du test de marche de 6 minutes (n = 9 ; modèle à effets mixtes de l’activité métabolique : t = −3,2, P = 0,002 ; scores moteurs des membres inférieurs, échantillons appariés t bilatéral -test : t = 3,7, P = 0,0063 ; distance parcourue, échantillons appariés test t bilatéral : t = 3,5 ; P = 0,0076). e, À gauche, système de support du poids corporel permettant la marche au-dessus du sol chez les souris, avec des électrodes implantables pour délivrer l’EES. À droite, visualisation de la moelle épinière des projections des neurones du cortex moteur et glutamatergique (vGluT2SUR) neurones dans la formation réticulaire, tracés avec AAV5-CAG-COMET-GFP et AAV5-CAG-DIO-COMET-tdTomato, respectivement. Barres d’échelle, 1 mm. FChronophotographie de souris représentatives avec SCI uniquement (SCI, EESÀ L’ARRÊT) ou SCI avec EESDÉSINTOX (EESDÉSINTOXSEEÀ L’ARRÊT). gExpression de la moelle épinière lombaire de cFos après la marche avec EESSUR suite à SCI ou SCI avec EESDÉSINTOX. Barres d’échelle, 500 μm. hPerformances de marche des souris non blessées (n = 3), des souris avec SCI (n = 10) et des souris avec SCI et EESDÉSINTOX testé avec EESÀ L’ARRÊT (n = 10) ou EESSUR (n = 10) (ANOVA unidirectionnelle ; différence significative honnête de Tukey pour SCI par rapport à EESDÉSINTOX→EESÀ L’ARRÊT: P = 3,3 × 10–11). jeLe nombre de neurones exprimant cFos(cFosSUR) (souris avec SCI avec EESSUR, n = 4 ; souris avec EESDÉSINTOX et SEESUR, n = 4 ; test t bilatéral pour échantillons indépendants : t = –5,7 ; P = 0,001). h,je, Les barres montrent la moyenne ± sem avec des points individuels superposés. *P < 0,05, **P < 0,01, ***P < 0,001.
Résultats
Les méthodes biomimétiques EES ont permis aux neuf sujets de restaurer ou d’augmenter leur capacité de marche lorsqu’ils sont soutenus par l’interface robotique. De plus, lorsque l’EES était activé, les sujets, dont deux avaient une paralysie sensorimotrice totale, pouvaient exercer un contrôle volitionnel sur l’amplitude de leurs pas. Quatre sujets qui avaient une fonction résiduelle avant l’EESDÉSINTOX ont montré une amélioration significative de leurs scores moteurs des membres inférieurs, restaurant leur capacité à marcher même sans EES. Ces résultats ont soutenu les objectifs primaires et secondaires de l’essai clinique.
L’amélioration de la fonction de marche constatée au niveau du membre inférieur a été réduite par l’EESDÉSINTOX dans les segments lombaires. Cette diminution de l’activité neuronale dans la moelle épinière lombaire indique que l’EESDÉSINTOX ont dirigé la sélection dépendante de l’activité de sous-populations neuronales spécifiques nécessaires à la marche après une paralysie.
Deux groupes d’interneurones excitateurs de la moelle épinière lombaire qui exprimaient Vsx2 avec le marqueur des neurones de la moelle épinière caudale (Hoxa10) (SCVsx2 :: Hoxa10) ont été sélectionnés en réponse à tous les SEEDÉSINTOXpropriétés thérapeutiques. Cette découverte inattendue était indépendante de la résolution employée pour caractériser les sous-populations de neurones. Les neurones prioritaires étaient similaires aux neurones V2a de la moelle épinière lombaire caractérisés par le développement. En réponse à la marche à l’aide de l’EES, l’équipe a détecté une élévation des gènes précoces immédiats dans les neurones SCVsx2 :: Hoxa10. Cette activité transcriptionnelle était en contraste avec la régulation des gènes liée au remodelage structurel à long terme après EESDÉSINTOX.
Lorsque les neurones SCVsx2 :: Hoxa10 ont été optogénétiquement inactivés chez les souris atteintes de SCI, il y a eu une inhibition immédiate de la marche induite par l’EES. Cependant, immédiatement après l’extinction des micro-LED, la marche a repris. En revanche, la stimulation des neurones SCVsx2 :: Hoxa10 avec paralysie chronique a immédiatement phénocopié les aspects fondamentaux de la récupération de la marche observés chez les souris ayant subi un EESDÉSINTOX, que l’EES ait été activé ou non. La stimulation chimiogénétique chronique des neurones SCVsx2 :: Hoxa10 chez des souris en cours de rééducation sans EES a entraîné une récupération de la marche comparable à celle des souris subissant un EESDÉSINTOX. Il a été émis l’hypothèse que le silence persistant des neurones SCVsx2 :: Hoxa10 limiterait la récupération en réponse à l’EESDÉSINTOXpuisque le silence de ces neurones a inhibé la marche après une SCI.
Dans l’ensemble, les résultats de l’étude ont démontré que l’EESDÉSINTOX restauré la marche et amélioré l’état neurologique de neuf personnes atteintes de SCI chronique. Cette reprise a illustré l’efficacité du traitement de l’EESDÉSINTOX chez les personnes atteintes de déficiences neurologiques couvrant tout le spectre de gravité après une lésion médullaire, ouvrant ainsi la voie à la mise en œuvre clinique de cette thérapie.
