Forsknings­blogg

ELEKTRONISKT IMPLANTAT I RYGGMÄRGEN

Publicerad 2017-10-03
Epidural elektrisk stimulering – EES – är en metod som innebär att man stimulerar ryggmärgen via elektroder som placeras över ryggmärgen i det så kallade epidurala mellanrummet, mellan ryggraden och ryggmärgen. Än så länge har metoden endast använts över ryggmärgens nedre del. Elektroderna är kopplade till en batteridriven stimulator som placeras under huden. Den elektriska strömmen kontrolleras via en fjärrkontroll utanför kroppen. På så vis kan man aktivera motoriska nervbanor i ryggmärgens nedre del som kontrollerar muskulatur i underkroppen.

Metoden har gett positiva resultat hos försökspersoner som kunnat röra sina ben, stå upp och utföra rörelser som liknar gångmönster med hjälp av stimuleringen och forskarna menar att EES i kombination med fysioterapi kan vara en metod för att stärka nervsignalering över skadeområdet vid i första hand inkompletta ryggmärgsskador.

För bild se National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering webbplats.

2014 publicerades en studie i ”Brain- Journal of neurology” av forskare verksamma vid University of Louisville, Kentucky, USA,  där fyra ryggmärgsskadade personer (nivå C7-T5), varav två med komplett skada, viljemässigt lyckats utföra rörelser med hjälp av EES. Samtliga personer hade varit skadade i minst 2 år. (1)

Deltagarna fick träna i en gångrobot, en s.k. lokomat tillsammans med fysioterapeut vid minst 80 tillfällen under minst 19 veckor innan implantatet opererades in.

Neurofysiologiska tester som TMSSEP och ASIA gjordes både före och efter denna träning för att kontrollera eventuella förändringar i motorik och känsel.

När implantatet var på plats följde en testperiod för att ställa in lämplig frekvens och intensitet på den elektriska strömmen. Personerna ombads vid testerna att försöka utföra specifika rörelser som att sträcka ut ankeln samtidigt som den elektriska stimuleringen var på. Tre av fyra försökspersoner lyckades viljemässigt med detta redan under testperioden.

Därefter fick deltagarna ett en-timmas träningsprogram att utföra i hemmet sju dagar i veckan. De fick då ligga på rygg och träna att röra hela benet, ankeln och tårna. De kunde själva reglera EES styrka med hjälp av fjärrkontroll för att uppnå bästa resultat.

Parallellt med detta tränade de ståträning (17-23 veckor) och gångträning (17-20 veckor) tillsammans med fysioterapeut. Ståträningen och den dagliga träningen liggande på rygg fortsatte därefter från hemmet tills utvärdering gjordes.

Träningen gav resultatet att deltagarna kunde utföra rörelserna med allt större kraft och med hjälp av allt svagare elektrisk stimulering.

Vid utvärderingen lyckades samtliga deltagare utföra viljemässiga rörelser under stimulering med EES.  En deltagare med inkomplett skada kunde även utföra rörelserna utan den elektriska stimuleringen.

Forskarna poängterar dock att rörelserna deltagarna lyckas utföra har sina begränsningar när det gäller vinster i det vardagliga livet och att de inte kan jämföras med normala rörelsemönster. För att uppnå detta behöver tekniken utvecklas och finjusteras. Deltagarna rapporterar dock att de använder sig av EES-stimuleringen i bål och ben för att öka stabilitet, styrka och uthållighet i vardagen och vid träning. De rapporterar även förbättrad blodcirkulation, temperaturreglering och kontroll av blåsa (5).

En hypotes är att anatomiska nedåtgående nervförbindelser i ryggmärgen kan finnas kvar även hos deltagarna diagnostiserade med komplett skada, men att nervimpulserna inte kan föras vidare längs med dessa nervfibrer p.g.a skador på nervernas myelin-skikt eller på icke fungerande jonkanaler; faktorer som är nödvändiga för att en nervsignal ska transporteras vidare.

Forskarna föreslår att den elektriska stimuleringen från EES förstärker den egna nervsignalen och gör det möjligt för den att transporteras över det skadade området och nå fram till muskulaturen.

Myelin är ett isolerande skikt runt nervernas utskott, axon, som är nödvändigt för att en elektrisk impuls ska kunna transporteras längs med nerven. Myelinet tillverkas av specialiserade celler i nervsystemet och kan jämföras med isoleringen kring en elektrisk ledning. Vid sjukdomen MS förstörs myelinet av kroppens eget immunförsvar och även här förhindras nervsignalerna att komma fram.

I ett aktuellt amerikanskt forskningsprojekt använder man stamceller som utvecklas till den celltyp som tillverkar myelin; oligodendrocyter; i försök att reparera ryggmärgen. (3)

I en studie från 2017 har forskare verksamma vid Mayokliniken i Rochester, Minnesota, USA, i samarbete med forskare vid UCLA , Kalifornien, upprepat resultaten med EES hos en man med paraplegi sedan 3 år tillbaka.  Mannen har kunnat röra sina ben, stå upp och utföra rörelser som liknar gångmönster med hjälp av det elektriska implantatet redan efter 2 veckor (8 träningstillfällen). (2)

Innan implantatet fick mannen genomgå intensiv träning med fysioterapeut tre  gånger i veckan under 22 veckors tid. Man gjorde under dessa veckor kontinuerliga tester och forskarna såg då förändringar som fick dem att karaktärisera skadan som inkomplett snarare än komplett, då viss nervförbindelse hittades.

De resonerar över svårigheten att med dagens diagnostiska metoder helt fastställa huruvida en skada är komplett eller inte, och över möjligheten att det kan finnas kvar nervförbindelser som helt enkelt är ”tysta” och inte förmår föra vidare nervsignaler även vid diagnostiserade kompletta skador. (1)

Forskargruppen vid University of Louisville, Kentucky, har fått medel från bl.a Wings for Life Spinal cord Research Foundation för att utöka studien med EES-stimulering med 36 försökspersoner och kommer även att titta på eventuella autonoma vinster av EES-behandling såsom kardiovaskulär hälsa, blåskontroll, temperaturreglering samt mag-tarmfunktion.  (4).

Ref:
1. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24713270
2. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28385196
3. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4600489/
4. http://www.biosciencetechnology.com/article/2015/03/epidural-stimulation-shows-promise-spinal-cord-injuries
5. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3361963/

Svensk studie med implantat i ryggmärgen

Publicerad 2017-09-05
Forskare verksamma vid Karolinska Institutet har tillsammans med biotech-företaget BioArctic Neuroscience inlett ett EU-finansierat forskningsprojekt som bygger på att man ersätter en bit av ryggmärgen med ett kalciumsulfatimplantat som genomborrats med 12 kanaler i vilka man placerar perifera nerver (se förklaring i texten nedan).

Just nu pågår den här studien som engagerar försökspersoner med en komplett ryggmärgsskada i bröstryggen. Implantatet som är gjort av kalciumsulfat bryts ner av kroppen efter ett par veckor. Det kan liknas vid en 5-8 mm tjock och 15-20 mm lång vinkork som har kanaler som korresponderar med den arkitektur som representeras av ryggmärgens nervbanor – såsom de löper inuti ryggmärgen.

Under ett kirurgiskt ingrepp tas den skadade delen av ryggmärgen bort och ersätts av implantatet. I kanalerna placeras nerver som tas från underbenet på försökspersonen. Dessa nerver kallas perifera nerver och skiljer sig från nerver som tillhör det centrala nervsystemet på flera sätt.

Till skillnad från nerver i centrala nervsystemet kan perifera nerver ”regenerera”. Det betyder att perifera nerver kan växa ut i det tidigare skadade området som förlorat motorik eller känsel. De perifera nerverna växer ut i det ”skelett” som utgörs av den tidigare fungerande nerven. De nerver som placeras i implantatets kanaler kan alltså inte läka ihop med de centrala nerverna men är tänkta att fylla denna guidande funktion som det skelett de perifera – här centrala – nerverna kan växa längs med.

Innan implantatet placeras i ryggmärgen dränks det in med en tillväxtfaktor kallad Fgf-1 (fibroblast growth factor 1). Denna behövs för att nervtrådar ska kunna växa. Tanken är att i implantatet skapa en så gynnsam miljö som möjligt för nerverna att växa i så att de skadade nerverna i ryggmärgen ska hitta tillbaka till varandra.

Man har testat metoden på råttor vars ryggmärg skurits av med lyckat resultat. Råttornas ryggmärg har delvis återfått sin tidigare funktion avseende t.ex. partiell gångförmåga.

 

Efter operationen får försökspersonerna i studien gångträna i en slags gångrobot kallad lokomat; en timme, tre gånger i veckan i 18 månader. Tanken med denna träning är att återaktivera det program som sitter i lillhjärnan och som styr vårt gångmönster.

Parallellt med de personer som fått implantatet får ett antal kontrollpersoner genomgå enbart enbart träningsdelen av studien. Detta för att kunna avgöra vilka eventuella effekter som beror på implantatet och vilka som beror på träningen i lokomaten.

Studien är tänkt att utföras under flera år och totalt inkludera 27 försökspersoner. Den sker i tre omgångar med 9 personer i varje grupp; 6 personer som får implantat och 3 kontrollpersoner. Deltagarna rekryteras från Sverige, Finland och eventuellt ytterligare något nordiskt land. Hittills är 6-7 personer med i studien.

Kriterier för att inkluderas i studien är bla. att personen varit skadad i över ett år men inte mer än 4-5 år, att skadan är på bröstkotenivå, är komplett samt att ärret (skadeområdet) inte är längre än 3 cm. Detta beror på att implantatet inte kan göras hur långt som helst.

Under studiens gång görs kontinuerligt neurofysiologiska och fysioterapeutiska tester för att mäta eventuella förändringar.

Studien startade kliniskt i januari 2016 och ännu har inga resultat redovisats.

 

Namn: Charlotte Sjöberg

Charlotte bröt ryggen i en fallolycka 2012 då hon var i USA för en jobbintervju och har en komplett ryggmärgsskada från Th9. Hon bor i södra Stockholm, har en medicine magister examen och en bakgrund inom neurovetenskaplig forskning på bl.a. Karolinska institutet.

Hon vill med sin blogg skriva om aktuell forskning inom ryggmärgsskador på ett tillgängligt sätt. Stora intressen är förutom att förstå hur hjärnan fungerar segling, mode, matlagning och att vara ute i skogen med hunden.

Share This