L'incontinence urinaire est une affection dévastatrice affectant plus de 33 millions d'Américains, selon la National Association for Continence, conduisant à des impacts négatifs importants sur la santé mentale et la qualité de vie des patients. Les troubles de la miction sont également une caractéristique clé de tous les troubles neurologiques.
Une équipe de recherche de l'USC a maintenant fait des progrès majeurs dans la compréhension de la façon dont la moelle épinière humaine déclenche le processus de vidange de la vessie. La découverte pourrait conduire à de nouvelles thérapies passionnantes pour aider les patients à reprendre le contrôle de cette fonction essentielle.
Dans l'étude pionnière, une équipe de l'USC Viterbi School of Engineering et Keck School of Medicine of USC a exploité l'imagerie échographique fonctionnelle pour observer les changements en temps réel dans la dynamique du flux sanguin dans la moelle épinière humaine pendant le remplissage et la vidange de la vessie.
L'œuvre a été publiée dans Communications de la nature et était dirigé par Charles Liu, directeur du Centre de neurorestoration de l'USC à la Keck School of Medicine of USC et professeur de génie biomédical à l'USC Viterbi et Vasileios Christopoulos, professeur adjoint au Département de génie biomédical d'Alfred E. Mann.
Les co-auteurs de l'étude sont le chercheur postdoctoral de génie biomédical Kofi Agyeman et Darrin Lee, directeur associé du Centre de neurorestoration de l'USC et également affilié à l'ingénierie biomédicale de l'USC. Un autre contributeur clé était Evgeniy Kreydin du Rancho Los Amigos National Rehabilitation Center et de l'USC Institute of Urology.
La moelle épinière régule de nombreuses fonctions humaines essentielles, y compris des processus autonomes comme la vessie, l'intestin et la fonction sexuelle. Ces processus peuvent se décomposer lorsque la moelle épinière est endommagée ou dégénérée en raison d'une blessure, d'une maladie, d'un accident vasculaire cérébral ou d'un vieillissement. Cependant, la petite taille de la moelle épinière et l'enceinte osseuse complexe ont rendu notoirement difficile d'étudier directement chez l'homme.
Contrairement au cerveau, les soins cliniques de routine n'impliquent pas d'électrodes et de biopsies invasives dans la moelle épinière en raison des risques évidents de paralysie. De plus, l'imagerie de l'IRMf, qui comprend la majeure partie de la neuroimagerie fonctionnelle humaine, n'existe pas dans la réalité pratique pour la moelle épinière, en particulier dans les régions thoraciques et lombaires où une grande partie de la fonction critique se localise.
La moelle épinière est une zone très inconnue. C'est très surprenant pour moi parce que lorsque j'ai commencé à faire des neurosciences, tout le monde parlait du cerveau. Et le Dr Liu et moi avons demandé: « Et la moelle épinière? » Pour beaucoup, ce n'était qu'un câble qui transfère des informations du cerveau au système périphérique. La vérité était que nous ne savions pas comment y aller – comment étudier la moelle épinière en action, visualiser sa dynamique et vraiment saisir son rôle dans les fonctions physiologiques. «
Vasileios Christopoulos, professeur adjoint, Alfred E. Mann Département de génie biomédical, École de génie de l'USC Viterbi
Imagerie à ultrasons fonctionnels: une nouvelle fenêtre sur la moelle épinière
Pour surmonter ces barrières, l'équipe de l'USC a utilisé l'imagerie échographique fonctionnelle (FUSI), une technologie de neuroimagerie émergente qui est peu invasive. Le processus FUSI a permis à l'équipe de mesurer où des changements de volume sanguin se produisent sur la moelle épinière pendant le cycle de miction.
Cependant, Fusi nécessite une « fenêtre » à travers l'os pour image la moelle épinière. Les chercheurs ont trouvé une opportunité unique en travaillant avec un groupe de patients subissant une chirurgie de stimulation de la moelle épinière péridurale de niveau de soins pour des lombalgies chroniques.
« Pendant l'implantation du stimulateur de la moelle épinière, la fenêtre que nous créons dans l'os à travers lequel nous insérons les leads nous donne une occasion parfaite et sûre d'imaginer la moelle épinière en utilisant FUSI sans risque ni inconfort aux bénévoles de l'étude », a déclaré Lee, qui a effectué les chirurgies. « Pendant que l'équipe chirurgicale préparait le stimulateur, nous avons doucement rempli et vidé la vessie avec une solution saline pour simuler un cycle de miction complet sous anesthésie pendant que l'équipe de recherche a rassemblé les données FUSI », a ajouté Kreydin, qui travaillait déjà en étroite collaboration avec Liu pour étudier le cerveau des patients atteints d'AVC pendant l'IMCTURITION à l'aide de l'IRMf.
« Il s'agit de la première étude où nous avons montré qu'il y a des zones dans la moelle épinière où l'activité est corrélée avec la pression à l'intérieur de la vessie », a déclaré Christopoulos. « Personne n'avait jamais montré un réseau dans la moelle épinière corrélée à la pression de la vessie. Ce que cela signifie, c'est que je peux regarder l'activité de votre moelle épinière dans ces zones spécifiques et vous dire votre stade du cycle de la vessie – à quel point votre vessie est pleine et si vous êtes sur le point d'uriner ».
Christopoulos a déclaré que les expériences ont identifié que certaines régions de la moelle épinière ont montré une corrélation positive, ce qui signifie que leur activité augmentait à mesure que la pression de la vessie augmentait, tandis que d'autres ont montré négatif (anti-corrélation), avec l'activité diminuant à mesure que la pression augmentait. Cela suggère l'implication des réseaux de moelle épinière excitateurs et inhibiteurs dans le contrôle de la vessie. « Il était extrêmement excitant de prendre des données directement du scanner FUSI dans le ou vers le laboratoire, où les techniques avancées de science des données ont rapidement révélé des résultats qui n'ont jamais été vus auparavant, même dans des modèles animaux, sans parler de l'homme », a déclaré Agyeman.
Nouvel espoir pour les patients
Liu a travaillé pendant deux décennies à l'intersection de l'ingénierie et de la médecine pour développer des stratégies transformatrices pour restaurer le fonctionnement du système nerveux. Christopoulos a passé une grande partie de sa carrière de recherche à développer des techniques de neuromodulation pour aider les patients à retrouver le contrôle moteur. Ensemble, ils ont noté que pour les patients, conserver le contrôle des processus autonomes que beaucoup d'entre nous tiennent pour acquis est plus fondamental que même la marche.
« Si vous demandez à ces patients, la fonction la plus importante qu'ils voulaient restaurer n'était pas leur fonction motrice ou sensorielle. C'était des choses comme la fonction sexuelle et le contrôle de l'intestin et de la vessie », a déclaré Christopoulos, notant que le dysfonctionnement urinaire conduit souvent à une mauvaise santé mentale. « C'est un problème très déshumanisant à résoudre. »
Pire encore, l'incontinence urinaire conduit à des infections plus fréquentes des voies urinaires (infections urinaires) car les patients doivent souvent être équipés d'un cathéter. En raison de la fonction sensorielle limitée, ils peuvent ne pas être en mesure de sentir qu'ils ont une infection jusqu'à ce qu'il soit plus grave et s'est propagé aux reins, entraînant une hospitalisation.
Cette étude offre un chemin tangible pour répondre à ce besoin critique pour les patients souffrant de dysfonctionnement neurogène des voies urinaires inférieurs. La capacité de décoder la pression de la vessie à partir de l'activité de la moelle épinière fournit une preuve de concept pour développer des interfaces de moelle épinière personnalisées qui pourraient avertir les patients de leur état de vessie, les aidant à reprendre le contrôle.
Actuellement, presque toutes les stratégies de neuromodulation pour les troubles de la miction sont axées sur les voies urinaires inférieures, en grande partie parce que la base neurale de ce processus critique reste claire. « Il faut comprendre un processus avant que l'on ne puisse l'améliorer rationnellement », a déclaré Liu.
Cette dernière recherche marque un pas en avant significatif, ouvrant de nouvelles avenues pour des interventions de médecine de précision qui combinent une neuromodulation invasive et non invasive avec des thérapies pharmacologiques pour faire de la neurorestoration du système génito-urinaire une réalité clinique pour des millions dans le monde.
