Quattro persone con lesione midollare completa tornano a camminare grazie alla neurostimolazione controllata dal movimento del tronco.
Quattro persone con lesione midollare toracica cronica e funzionalmente completa, prive di capacità di contrarre volontariamente i muscoli degli arti inferiori, sono riuscite a mantenere la posizione eretta e a camminare con un deambulatore grazie a una nuova modalità di controllo della stimolazione elettrica epidurale del midollo spinale.
La strategia sfrutta un gesto molto semplice: una lieve estensione volontaria del tronco. Questo movimento è sufficiente a modificare la risposta alla stimolazione e a favorire il passaggio dall’estensione della gamba, necessaria per sostenere il peso corporeo, alla flessione coordinata di anca, ginocchio e caviglia necessaria per avanzare il passo. In questo modo è il paziente stesso, attraverso il movimento del busto, a contribuire al controllo della locomozione.
È quanto emerge da uno studio pubblicato su Med – Cell Press, condotto nell’ambito del laboratorio MINE (Modular Implantable Neuroprostheses), nato dalla collaborazione tra Università Vita-Salute San Raffaele e Scuola Superiore Sant’Anna e attivo presso l’IRCCS Ospedale San Raffaele.
Il gruppo di ricerca è stato guidato dal professor Pietro Mortini, direttore dell’Unità di Neurochirurgia e Radiochirurgia Gamma Knife dell’IRCCS Ospedale San Raffaele e professore ordinario di Neurochirurgia all’Università Vita-Salute San Raffaele, e dal professor Silvestro Micera, professore di Bioingegneria alla Scuola Superiore Sant’Anna.
La stimolazione elettrica epidurale del midollo spinale è una delle strategie più promettenti studiate negli ultimi anni per favorire il recupero di alcune funzioni motorie nelle persone con lesione midollare.
Gli approcci sperimentali più avanzati hanno ottenuto risultati importanti ricorrendo, per esempio, a interfacce cervello-midollo, algoritmi di decodifica dei segnali neurali e dispositivi sviluppati ad hoc.
Questa volta però il gruppo del laboratorio MINE ha seguito una strada diversa, partendo da un’osservazione fatta durante la stimolazione: al variare dell’intensità effettivamente percepita dalle strutture nervose, la risposta degli arti inferiori cambia, passando dall’estensione del ginocchio, necessaria per sostenere il peso del corpo, alla flessione coordinata di anca, ginocchio e caviglia che permette di avanzare il passo.
I ricercatori hanno quindi scoperto che questo passaggio può essere innescato dal paziente stesso attraverso una lieve estensione volontaria del tronco – in media di circa 9 gradi – senza modificare le impostazioni dello stimolatore. È il principio definito dagli autori trunk-mediated control (TMC), o controllo mediato dal tronco: l’ipotesi alla base è che il movimento del busto modifichi temporaneamente i rapporti anatomici tra le strutture nervose e gli elettrodi, variando così l’effetto della stimolazione.
La strategia è stata valutata nei primi quattro partecipanti allo studio, tutti con lesione midollare traumatica cronica tra T4 e T7, classificata AIS A o B e funzionalmente completa dal punto di vista motorio, senza alcuna capacità di contrarre volontariamente i muscoli degli arti inferiori.
Dopo l’impianto di uno stimolatore midollare disponibile in commercio e quattro mesi di riabilitazione intensiva, tutti e quattro sono riusciti a mantenere la posizione eretta e a camminare con un deambulatore, senza assistenza manuale né sistemi di sostegno del peso corporeo.
Il punteggio WISCI II, utilizzato per valutare la capacità di cammino nelle persone con lesione midollare, è passato per tutti da 0 a 9; un partecipante ha percorso 132 metri in 42 minuti di cammino continuo e tutti sono riusciti a camminare anche affrontando curve, pendenze e superfici esterne irregolari.
Tre partecipanti hanno inoltre raggiunto la capacità di mantenere la posizione eretta sostenendosi con una sola mano, utilizzando l’altra per semplici attività quotidiane.
Il percorso riabilitativo ha avuto un ruolo centrale: i partecipanti hanno seguito un training quotidiano e progressivo, guidato dai fisioterapisti, per imparare a utilizzare in modo sempre più efficace la stimolazione durante la stazione eretta e la deambulazione.
Il programma è partito da esercizi di controllo del tronco e di attivazione degli arti inferiori con neurostimolazione, per poi passare gradualmente alla stazione eretta, al trasferimento del peso e infine al cammino con deambulatore.
“Il risultato nasce dall’integrazione della stimolazione midollare con un percorso riabilitativo innovativo, intensivo, progressivo e individualizzato, finalizzato a trasformare le risposte motorie evocate dalla stimolazione in capacità funzionali: dalla stazione eretta alle attività della vita quotidiana in piedi, fino al cammino” afferma il dottor Sandro Iannaccone, primario dell’Unità di Riabilitazione Disturbi Neurologici Cognitivi-Motori dell’IRCCS Ospedale San Raffaele, a capo del team di fisioterapisti del Mine Lab del San Raffaele.
“L’aspetto clinicamente più interessante è che non stiamo parlando di un recupero della capacità di contrarre volontariamente i muscoli delle gambe: quella capacità è rimasta assente in tutti e quattro i partecipanti.
Abbiamo invece trovato un modo per utilizzare una funzione volontaria preservata, il movimento del tronco, per controllare gli effetti della stimolazione e consentire alla persona di partecipare attivamente alla costruzione del passo” sottolinea il professor Pietro Mortini.
“Dal punto di vista neuroingegneristico, il dato rilevante è che il corpo stesso diventa parte dell’interfaccia di controllo. Non abbiamo bisogno di decodificare un segnale cerebrale o di aggiungere sensori esterni: sfruttiamo l’interazione tra un movimento residuo volontario, la biomeccanica del corpo e la stimolazione del sistema nervoso per generare il comando necessario al passo.
È un principio semplice, ma proprio questa semplicità potrebbe renderlo particolarmente interessante dal punto di vista traslazionale”, conclude Silvestro Micera, professore di Bioingegneria alla Scuola Superiore Sant’Anna.
I ricercatori sottolineano che nessuno dei quattro partecipanti ha recuperato, durante lo studio, la contrazione volontaria dei muscoli delle gambe: il movimento degli arti inferiori è stato quindi generato dalla stimolazione. Non sono stati osservati eventi avversi correlati a disautonomia.
Lo studio è stato finanziato da Università Vita-Salute San Raffaele, Boston Scientific Spa, Fondazione Cariplo, Fondazione Bertarelli, #NextGenerationEU (NGEU) e Ministero dell’Università e della Ricerca (MUR).
