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个性化脊髓刺激植入物
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脊髓损伤是脊柱损伤最严重的并发症，当损伤切断脊髓或破坏脊髓中的神经通路时，会导致永久性瘫痪。据统计，仅在美国约有 125 万因脊髓损伤导致瘫痪的患者。然而，目前针对瘫痪的治疗方法仍然有限，科学家们一直在不断尝试新方法帮助患者重新站起来。
本周一，瑞士联邦理工学院的研究人员开发出了一种可广泛应用的治疗性神经技术，进一步提升了患者的行动能力。在这项最新的研究中，他们发现通过将控制腿部和上身行动的休眠脊髓神经与个性化定制的设备重新结合在一起，完全瘫痪的患者可以在 1 天内恢复行动能力，并且扩大了行动范围。相关论文已于本周一发表在 Nature Medicine 上。
（来源：Nature Medicine）值得一提的是，该团队早在 2018 年发布了地面运动刺激研究（STImulation Movement Overground，STIMO）系统的研究，三名植入该系统的慢性局部瘫痪受试者在接受一周治疗，能够在地面上行走，经过几个月的训练，即使没有电刺激，患者仍然能够控制瘫痪的腿部肌肉。而最新的论文则进一步表明，个性化的脊髓电刺激能够迅速恢复完全瘫痪患者下肢运动功能。
“我们能更精确、更有效、更快速提供相关治疗方式。” 洛桑联邦理工学院神经义肢技术中心和大脑思维研究所脊髓修复国际截瘫基金会（IPF）主席、本文通讯作者 Grégoire Courtine 说。
没有参与这项研究的约翰霍普金斯医学院疼痛医学系神经调控主任 Eellan Sivanesan 博士也很认可这项研究。他认为，植入物对患者恢复行动能力的速度很快，缩短了恢复行动所需的时间，具备广泛推广的潜力。
“瑞士团队通过硬膜外电刺激帮助脊髓损伤导致的瘫痪患者在一天之内就能恢复基本的迈步功能，他们最大的突破在于提出了一个全新的刺激靶位（脊髓背根），并通过个性化的闭环的方式调节寻找每个患者的最佳刺激方式。这种植入物最大的优势在于见效时间快，结合康复训练，能够让患者重新进行游泳、骑自行车等多种与生活高度相关的运动。” 强脑科技创始人韩璧丞博士告诉生辉。
设计仿生脊髓刺激体系，一天内即可恢复行动能力
通常而言，硬膜外脊髓电刺激（EES） 通过背根部在脊髓入口处募集大直径传入纤维，募集这些纤维能够激活嵌入脊髓节段中的运动神经元。不过，由于桨叶引线的长度较短，一定程度上会限制 EES 靶向脊髓背根部位的数量，也就是说当前的神经治疗技术无法充分利用 EES 在脊髓恢复运动的生物学原理。
基于这一原理，研究人员开发出了一套由人工智能控制的个性化植入系统，称之为 STIMO-BSI 系统。这套系统包括一个结合高分辨率结构和功能成像的计算模型、电极以及能够快速支持装置特异性刺激神经元的软件。其中计算模型相当于拍片，为电极排布和手术植入位置提供指导，电极负责调控控制腿和四肢的位点，软件则可以用来调整和优化靶向背根的位置。软件与平板电脑整合在一起，用户可以通过平板电脑选择自己所需要的行动模式。
（来源：上述论文）具体来说，他们通过将嵌入电极的装置直接放置在脊髓背根部位，将电极与神经根对齐，从而刺激脊髓的下背部和尾骨。值得一提的是，新研究中，衍生公司 Onward Medical 将会改造电极，经改造的电极更长更宽，这样可以覆盖并激活更多更关键的神经元。现在，每个装置中都植入了 16 个电极，接下来团队还计划植入 32 个电极。
研究团队称，与之前的研究相比，这种装置从根本上提高疗效的核心就在于电极的排列和软件的结合。
中国科学院深圳先进技术研究院脑认知与脑疾病研究所正高级工程师、博士生导师李骁健告诉生辉，本次开发的系统并不是该团队在2018年开发系统的升级版，两个系统的工作原理不同。
“此前的系统采用了脊髓神经重塑代偿原理，属于功能重建，更像是一种辅助康复设备，经过数月训练后，脊髓局部损伤的瘫痪患者脱离该设备仍然可以走路；而本周一提到的系统利用了基于脊髓神经反射的感觉运动小回路原理，通过刺激背根神经间接驱动躯干和下肢的运动功能，这是一种功能替代设备，针对完全瘫痪患者，而且患者必须始终依靠该装置才可以行走。”
根据 Clincaltrials 信息，该研究团队正在进行一项治疗性临床试验，首次人体试验共入组 3 名因脊髓损伤而腰部以下完全瘫痪的受试者，他们因摩托车碰撞而遭受创伤性胸脊髓损伤，受伤多年且腿部没有运动和感觉能力。在研究中，研究人员为这些受试者植入了 STIMO-BSI 系统，即双侧植入硬膜外电皮质造影设备，解码后的行动信息会促使植入的脊髓刺激系统，用于训练和康复的脑控制脊髓刺激行为能够恢复患者的自主行动能力。
周一披露的早期研究结果表明，植入 STIMO-BSI 系统一天之内，这三名受试者即可恢复站立、行走、骑车、游泳以及活动四肢的行为能力。神经恢复后，接受植入物治疗的患者还可以在社区中进行这些活动。他们在论文中指出，在接受植入物刺激治疗后几天内，三名受试者均可以自己行走近 300 步。
其中一名受试者 Michel Roccati 在接受刺激第 1 天，也就是手术后 11 天，可以在轮椅或者拐杖的支撑下走路。接受约一年多的康复治疗后，他可以在植入物的刺激下站立近 2 个小时，并在助行器的帮助下支撑身体四处走动。不久前，他还告诉外媒，接受植入物治疗后，双腿恢复了一些知觉，散步时也能够感觉到腿部与地面的接触和肌肉收缩，他目前使用平板电脑控制植入物对脊髓背部的刺激与否。
计划构建通用电极库，正在推进临床转化工作
脊髓刺激器是一种有源植入的医疗器械，脊髓电刺激现已在临床上广泛用于治疗疼痛等疾病，其有效性和安全性均得到多方验证。2015 年，FDA 批准了 10KHz 高频脊髓刺激器用于治疗疼痛。
Grégoire Courtine 告诉外媒，研究人员将会从最初的用途出发，然后在此基础上扩展其他疾病治疗领域。通过根据患者疾病和具体病情对刺激装置的通用模块进行调整，确定合适的脊髓靶向部位。
本研究的另一位通讯作者 Jocelyne Bloch 也表示，植入脊髓刺激物后，基于脊髓长度、神经位置和其他因素，对设备进行测试和调整。他们最终的目标是建立一个电极库，这样可以供外科医生根据病人的脊髓损伤程度和长度等选择适合的电极。这样，针对不同的疾病，医生即可挑选合适的电极，即选即用。
Grégoire Courtine 还指出，下一步会在美国和欧洲推进大规模临床试验，验证这种脊髓刺激植入物是否能够成为一种可及性的治疗方式。他还表示，这种治疗方式也有望进入商业保险报销体系汇总。
这项技术正在 Grégoire Courtine 和 Jocelyne Bloch 联合创办的公司 Onward Medical 进行临床转化和商业化工作。这是一家帮助脊髓损伤患者恢复运动和其他功能的生物技术公司，成立于 2014 年，正在推进的脊髓刺激技术称之为 ARC Therapy™，能够特异性、程序化刺激脊髓。
目前，Onward Medical 拥有两大技术平台，一是体外非侵入、程序化刺激平台 ARC EX，由可穿戴刺激器和无线编程器组成；二是植入式平台 ARC IM，由植入式脉冲触发器和放置在脊髓附近的导线组成，由可穿戴组件和智能手表控制。 |
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| 发 布 者： |
admin |
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2023/8/9 |
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