Duidelijkheid over mechanisme achter effect van elektrostimulatie bij dwarslaesie

november 2022 Zorginnovatie Willem van Altena

Ernstige schade aan het ruggenmerg, zoals een dwarslaesie, kan ervoor zorgen dat de communicatie tussen de hersenen en de zenuwcellen in de onderrug verstoord wordt, en dat betekent vaak dat een patient geheel of gedeeltelijk verlamd raakt en niet langer in staat is om te lopen. Maar Zwitserse neurologen hebben in 2018 ontdekt dat met elektrische pulsjes aan de juiste zenuwknopen –epidurale elektrostimulatie, EES- in combinatie met intensieve fysiotherapie patiënten met bepaalde vormen van ruggenmergschade toch weer kunnen lopen.¹

Dezelfde onderzoekers, geleid door neuroloog Grégoire Courtine van het Zwitserse federale instituut voor technologie in Lausanne, hebben hun onderzoek nu uitgebreid en zijn erin geslaagd aan te tonen dat EES ook werkt bij mensen die geen enkel gevoel meer in hun benen hebben en compleet verlamd zijn. Wetenschappelijk tijdschrift Nature publiceerde dit onderzoek recentelijk.² Door kleine EES-apparaatjes te implanteren in de rug slaagden alle 9 proefpersonen uit deze studie er binnen 5 maanden in om –weliswaar met een looprek- weer te kunnen staan en lopen. Bij 4 van hen konden de EES-pulsjes zelfs uitgeschakeld worden. De onderzoekers vermoeden dat de elektrische stimulatie mogelijk regeneratie van de beschadigde neuronen teweegbrengt.

Muismodellen

Het team van Courtine ontdekte ook welke neuronen verantwoordelijk zijn voor het herwonnen loopvermogen. De wetenschappers waren aanvankelijk verbaasd te constateren dat , wanneer de EES-pulsjes afgegeven werden, de zenuwcelactiviteit op de locatie van de elektroden afnam in plaats van toenam. Testen met muismodellen bevestigden het beeld; het is immers niet mogelijk om met menselijke proefpersonen dezelfde testen te doen als met muizen.

Bij de muizen werd de genactiviteit in duizenden individuele zenuwcellen uit het ruggenmerg vastgesteld, en dat leidde tot een gedetailleerde plattegrond van allerlei types zenuwcellen uit het merg van de onderrug. Door middel van kunstmatige intelligentie kon daarna precies vastgesteld worden welke veranderingen er in genactiviteit plaatsvonden gedurende verschillende stadia van het EES-rehabilitatieproces, en welke van die veranderingen samenvielen met verbetering van het loopvermogen.

Interneuronen

Dankzij het algoritme werd een populatie zenuwcellen –excitatoire interneuronen- geïdentificeerd die een brug slaan tussen zenuwcellen die zich met motoriek bezig houden en sensorische zenuwcellen. Stillegging van de activiteit in deze cellen zorgde ervoor dat EES niet langer effect had op het loopvermogen van de muizen. Courtine legt uit waarom de afname van zenuwcelactiviteit door EES welbeschouwd helemaal niet zo verwonderlijk is. “Vergelijk het met de hersenen. Wanneer we bezig zijn een nieuwe taak aan te leren, dan zijn de zenuwcellen in een verhoogde staat van activiteit. Maar naarmate je de taak beter beheerst wordt de activiteit van de neuronen gaandeweg minder.”

Courtine en zijn team hebben met de EES-techniek ook het gebruik van verlamde armen en handen kunnen herstellen, vooralsnog alleen bij apen.³ En een andere groep onderzoekers uit Seattle is erin geslaagd om met EES-pleisters die op de nek geplakt worden op een non-invasieve manier zes mensen met ruggenmergschade weer een deel van hun motorische vermogens terug te geven.⁴

Startup in Eindhoven

De onderzoekers willen nu weten of er meer mogelijk is met de EES-techniek. Ruggenmergschade leidt immers niet alleen tot problemen met het lopen, maar ook met de blaas, de ontlasting en de seksuele vermogens. Courtine wil nu eerst uitzoeken welke groepen zenuwcellen verantwoordelijk zijn voor deze lichaamsfuncties. Hij heeft inmiddels een startup-bedrijf opgericht om de EES-technologie te vermarkten. Dat bedrijf, ONWARD Medical, is gevestigd in Eindhoven. In 2024 start Courtine met een nieuwe, grotere klinische studie rond EES in de Verenigde Staten, waarvoor 70 tot 80 mensen met ruggenmergschade worden gezocht.

Referenties

1: Wagner FB, Mignardot JB, Le Goff-Mignardot CG, Courtine G et al. Targeted neurotechnology restores walking in humans with spinal cord injury. Nature. 2018 Nov;563(7729):65-71. doi: 10.1038/s41586-018-0649-2. Epub 2018 Oct 31. PMID: 30382197.

2: Kathe C, Skinnider MA, Hutson TH, Courtine G et al. The neurons that restore walking after paralysis. Nature. 2022 Nov;611(7936):540-547. doi: 10.1038/s41586-022-05385-7. Epub 2022 Nov 9. PMID: 36352232; PMCID: PMC9668750.

3: Barra B, Conti S, Perich MG, et al. Epidural electrical stimulation of the cervical dorsal roots restores voluntary upper limb control in paralyzed monkeys. Nat Neurosci. 2022 Jul;25(7):924-934. doi: 10.1038/s41593-022-01106-5. Epub 2022 Jun 30. PMID: 35773543.

4: Inanici F, Brighton LN, Samejima S, et al. Transcutaneous Spinal Cord Stimulation Restores Hand and Arm Function After Spinal Cord Injury. IEEE Trans Neural Syst Rehabil Eng. 2021;29:310-319. doi: 10.1109/TNSRE.2021.3049133. Epub 2021 Mar 2. PMID: 33400652.

Bezoek ook de website van Onward Medical

X