Le persone con lesione del midollo spinale erano abbandonate ad un destino già scritto: passare la loro vita sulla sedia a rotelle. La stimolazione epidurale, invece, promette di cambiare per sempre lo stile di vita dei paraplegici.
IN BREVE
Indice
LA STIMOLAZIONE EPIDURALE: COS’É ?
La stimolazione epidurale è una nuova tecnologia che, attraverso l’impianto di un sottile elettrodo nello spazio epidurale del midollo spinale dei pazienti che hanno subito una lesione traumatica parziale o completa, permette loro di deambulare. Il dispositivo si accende con un comando vocale sul proprio smart watch e dopo alcuni mesi di riabilitazione i pazienti sono riusciti a compiere piccoli movimenti degli arti senza bisogno della stimolazione elettrica. L’idea è nata da un gruppo di ricercatori capitanati dall’ingegnere Grègoire Courtine, professore presso l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne, che aveva permesso già nel 2012, per la prima volta su cavia murina, una deambulazione vera e propria dopo lesione completa del midollo spinale.

ANATOMIA DEL MIDOLLO SPINALE
L’encefalo è composto dal cervello, contenuto nella scatola cranica, dal tronco encefalico e dal midollo spinale, che occupa il canale vertebrale. L’encefalo è rivestito dai 3 sottili foglietti meningei sovrapposti fra di loro: il più profondo, a contatto con il tessuto neuronale, si chiama pia madre, il secondo aracnoide e il più esterno dura madre. Ed è proprio all’esterno della dura madre nello spazio epidurale (dal greco “epì” che significa “sopra”) che i ricercatori inseriscono l’elettrodo.

Principi di fisiologia
Prima di poter mettere in moto un muscolo, il neurone presente nel nostro cervello, che decide il movimento da compiere, dovrà fare staffetta con un altro neurone presente nel midollo spinale che a sua volta trasmetterà l’informazione alla sua fibra muscolare dedicata. Per fare tutto ciò c’è bisogno di un linguaggio comune tra neurone del cervello e neurone spinale affinché possano capirsi: attraverso una scarica elettrica (spike) il neurone rilascia molecole glutammatergiche e monoaminergiche. Se fosse così per ogni singola fibra muscolare allora impiegheremmo molte energie per poter coordinare ogni movimento: la natura ha ovviato a questo ostacolo con la formazione di “piloti automatici”, sistemi neuronali che si attivano in modo schematico e che permettono una sequenza di movimenti stereotipati come il grattamento, la masticazione o l’eiaculazione. Questi gruppi di neuroni sono chiamati CPG, central pattern generators, sono sparsi nel midollo spinale e ci permettono di respirare durante tutto il giorno anche quando non ci pensiamo. La deambulazione fa parte di questi movimenti stereotipati regolati a partire dai neuroni CPG: per questo motivo i ricercatori hanno cercato di riattivarla nei pazienti paraplegici attraverso la stimolazione epidurale, bypassando il neurone del cervello che non può più connettersi al neurone spinale.

Dalla teoria alla pratica clinica
Diversi esperimenti sono stati condotti sugli animali prima che si arrivasse alla sperimentazione di questa tecnica sui tessuti umani. Alcuni ricercatori, nel secolo scorso, ad esempio, lesionarono il midollo spinale di un gatto, e tentarono questa pratica: dopo due settimane di riabilitazione, l’animale posto su un tapis roulant iniziò a camminare. Questo si può spiegare grazie ai neuroni propriocettori, i responsabili dell’allungamento muscolare che ci informano in pochi millisecondi della variazione, della lunghezza e della velocità delle nostre fibre muscolari. La propriocezione, che ne consegue, consiste in queste informazioni che ci permettono di percepire il nostro corpo nello spazio. Affinché i nostri muscoli possano rispondere nel più breve tempo possibile agli allungamenti non volontari ma decisi dall’ambiente circostante, i neuroni propriocettori attivano per riflesso (senza informare il cervello) i CPG e possono, come nel caso del gatto spinalizzato, dare inizio alla deambulazione. Nell’ uomo questa capacità di locomozione riflessa è molto ridotta a causa del controllo quasi mutuamente esclusivo dei neuroni cerebrali. Per poter invertire a nostro favore questo meccanismo e poter rievocare questa capacità, i neurochirurghi perfondono il midollo di agonisti glutammatergici e monoaminerci per eccitare i neuroni e successivamente attivare la stimolazione epidurale sui neuroni propriocettori per poter generare un movimento coordinato ondulatorio delle due gambe. I centri neuronali del midollo sono ordinati secondo la loro funzione di estensione o di flessione dell’arto e per questo è stato necessario mappare, con una tecnica neurofisiologica chiamata spike triggered averaging, le varie popolazioni al fine di avere una stimolazione precisa ma allo stesso tempo coordinata con l’emimidollo controlaterale.

IL RECUPERO NEUROLOGICO
Lo studio ingegneristico, che ha creato uno stimolatore epidurale sottile e flessibile (e- DURA) per poter assumere qualunque postura, insieme alle abili mani del neurochirurgo, hanno permesso il primo impianto su cavia umana nel 2016: si trattò di David Mzee, infortunatosi 6 anni prima. La realtà è stata molto più emozionante delle aspettative: dopo alcuni mesi di riabilitazione, oltre al tono muscolare che era notevolmente aumentato, David è riuscito a compiere movimenti volontari senza stimolazione. L’unica spiegazione plausibile, commenta Courtine, è una “possibile rigenerazione dei neuroni sezionati o molto più verosimilmente che alcuni neuroni sopravvissuti alla lesione si erano atrofizzati e avevano una soglia di attivazione più alta”. Negli esperimenti murini si era già notato un aumento del 300% delle fibre del nucleo gigantocellulare, a livello del tronco encefalico, una delle sedi dello start deambulatorio.

I limiti
Sono già sei i pazienti sotto osservazione nel laboratorio di Gregoire Courtine, cittadino francese ma con il cuore italiano (ha conseguito il dottorato in Medicina Sperimentale presso l’università di Pavia): nei prossimi mesi queste persone parteciperanno ad altri esperimenti per poter migliorare la tecnologia. La deambulazione, infatti, non è fluida e armonica ma a scatti e con frequenti pause tra la fase oscillatoria e la fase di appoggio: questa grana è causata dai gruppi di neuroni stimolati in cui sono presenti spesso fibre nervose di muscoli antagonisti rispetto al loro movimento che attivandosi creano rigidità articolare e scoordinazione spaziale. Inoltre, a causa della lesione del fascio vestibolo spinale e reticolo spinale, che controllano l’equilibrio e la postura, il paziente non riesce a mantenere la posizione eretta ma necessita all’inizio, dopo che il dispositivo è stato attivato, di un busto, poi di un deambulatore. La situazione si aggrava se pensiamo che oltre al deficit motorio è presente anche un’anestesia generalizzata degli arti che non potranno riferire al paziente un possibile danno articolare come una comune distorsione della caviglia.

Le sfide future
Negli ultimi anni l’ingegneria e la medicina lavorano in parallelo al servizio del corpo umano per creare tecnologie sempre più cucite addosso alle esigenze umane. Per questo motivo la tecnologia della stimolazione epidurale sarà affiancata attraverso l’uso di cellule mesenchimali staminali pluripotenti e fattori di crescita ad hoc per i neuroni spinali come l’osteopontina e il fattore neurotrofico di origine ciliare. Questo permetterà di testare terapie atte a superare l’ostacolo dell’impossibilità di ricrescita assonale. Poiché questo ambito di ricerca è ben lontano dal raggiungimento dell’obiettivo, vengono in soccorso due nuove tecnologie: Rewalk l’esoscheletro robotizzato e BSI, o brain spine interspace, che cerca di poter campionare gli spikes dei neuroni cerebrali, da dove parte la volontà del movimento, attraverso un’elettroencefalografia (EEG), e decodificarli per creare un ponte tra cervello e midollo spinale bypassando la lesione così da poter armonizzare il movimento deambulatorio. Le prime sperimentazioni sui primati sono andate tutte a buon fine e gli scienziati spingono per un futuro utilizzo nel trattamento del freezing parkinsoniano. Era il 6 novembre 2013 quando Gregoire Courtine esponeva davanti alla folla di Ted il suo primo esperimento murino. A 6 anni di distanza, nel novembre 2019, al convegno Falling Walls (Mura Cadenti) dopo i traguardi raggiunti, si prefissa di poter scalare le mura invalicabili del midollo spinale o addirittura farle cadere , perché “ognuno di noi è grande quanto è grande la sua immaginazione e i suoi sogni!”.
