Вести с полей: спинной мозг и движение.
Science: Ученые заставили мышей пойти после повреждения спинного мозга
Затем исследователи обнаружили, что простая регенерация аксонов этих нервных клеток через поврежденный спинной мозг без использования специфических мишеней не влияет на восстановление функций. Однако когда стратегия была усовершенствована и стала включать использование химических сигналов для привлечения и направления регенерации этих аксонов к их естественной целевой области в поясничном отделе спинного мозга, в мышиной модели полного повреждения спинного мозга было отмечено значительное улучшение способности ходить. Майкл Софрониев, профессор нейробиологии Медицинской школы Дэвида Геффена при Калифорнийском университете и ведущий автор нового исследования, поясняет в пресс-релизе: "Наше исследование предоставляет важнейшую информацию о тонкостях регенерации аксонов и требованиях к функциональному восстановлению после травмы спинного мозга". Он добавил: "Это подчеркивает необходимость не только регенерировать аксоны при повреждениях, но и активно направлять их к их естественным целевым областям для достижения значительного неврологического восстановления". Проблемы и осторожность на пути к клиническим испытаниям на людях Последствия этого открытия огромны. Повреждения спинного мозга, которые часто являются необратимыми, могут получить пользу от этой инновационной генной терапии. Несмотря на то, что эксперименты проводились на мышах, ученые с оптимизмом смотрят на возможность применения этого метода на людях, что дает реальную надежду миллионам парализованных людей. Однако исследователи также признают сложность стимулирования регенерации на больших расстояниях у негенитальных животных, что требует применения стратегий со сложными пространственными и временными характеристиками. Тем не менее они делают вывод, что применение принципов, изложенных в их работе, "позволит создать основу, необходимую для значимого восстановления поврежденного спинного мозга, и может ускорить восстановление после других форм травм и заболеваний центральной нервной системы".
Тут кислота — любой донор электронов, а основание, соответственно, будет его акцептором. Всё бы ничего, но атом, получивший положительный или отрицательный заряд становится ионом. Ионы проявляют высокую химическую активность и ведут себя крайне агрессивно, особенно в отношении клеточных мембран. Нарастающий ацидоз ломает клеточные мембраны, что приводит к выходу продуктов распада и литических ферментов. В норме литические ферменты сидят запертыми в специальных органеллах клетки.
Вырвавшись наружу, эти вещества начинают переваривать всё подряд. В такой ситуации становится как-то не до гемодинамики. Падение артериального давления становится катастрофическим. Сердце вроде бы качает кровь, лёгкие работают, но тело всё равно страдает от гипоксии. Спинальный шок, как и все экстремальные состояния, находится в ведении анестезиологии-реаниматологии.
Этот раздел медицины занимается протезированием жизненно важных функций. Интенсивная терапия шоков — дело сложное, крайне дорогое и не всегда успешное. Организм человека обладает резервом прочности за счёт буферных систем, но, будучи выбитым из равновесия, моментально уходит в крутое пике. Каждый новый виток патофизиологического круга усиливает предыдущий, и последствия могут быть самыми плачевными. Спинномозговые имплантаты Допустим, человека удалось спасти.
Его жизнедеятельности ничто не угрожает, но он остаётся прикованным к кровати. Можно ли вернуть спинальному пациенту возможность активных движений? Сейчас мы способны утвердительно ответить на этот вопрос. Путь к реабилитации предлагает индустрия нейропротезирования. Блог FirstVDS уже писал о современной бионике.
Мы освещали бионическое протезирование конечностей , глаз , ушей , немного коснулись искусственного производства внутренних органов методом биопринтинга. В контексте сегодняшнего материала всё куда сложнее. Нервная система биологична, высокоорганизованна и подчиняется законам кибернетики. Она работает на каскадах электрохимических процессов в нейронах. Нервные сети накладываются друг на друга, порой самым неочевидным образом.
Они сильно подвержены индивидуальной изменчивости. После нашего экскурса в анатомию читатель видит, насколько сложная задача стоит перед производителями спинномозговых имплантатов. Если рука или даже глаз кое-как согласны мириться с бионикой, то полностью помирить мозг и металл ещё никому не удалось. Впрочем, существует несколько обходных тропинок. В XXI веке мы не способны заменить головной или спинной мозг, но можем помочь электрическим импульсам в прохождении места разрыва.
Этот материал создавался на основе статьи « Walking naturally after spinal cord injury using a brain—spine interface », опубликованной в журнале «NATURE» 24 мая 2023 года. В ходе исследования учёные смогли восстановить активные движения ног с помощью спинномозгового электростимулятора. Он представляет собой цифровой мост, установленный в эпидуральном пространстве. Спинной мозг оплетён тремя оболочками: твёрдой, мягкой и паутинной. Твёрдая мозговая оболочка, она же dura mater, является вторым защитным звеном после костей.
Установив имплантат на неё, можно добиться непосредственного контакта стимулятора с мозгом. Мост восстанавливает контакт между корой головного мозга и отделами ЦНС, находящимися ниже места разрыва. Благодаря имплантату человек возвращает способность ходить, избегать препятствий и даже подниматься по лестнице. Схема спинномозгового имплантата Два кортикальных имплантата состоят из 64 электродов. Электронные компоненты окружены корпусом из титанового сплава.
Этот материал биологически инертен и практически невидим для иммунной системы. Внутренняя поверхность имплантата плоская. Она несёт матрицу из 64 платиново-иридиевых электродов диаметром в 2 мм с шагом в 4,5 мм. Так обеспечивается первый этап: запись сигнала, его регистрация и модуляция. Подробнее об этих вопросах будет рассказано в следующей части статьи.
Программная составляющая кодирует и модулирует сигналы. Впоследствии они отправляются к имплантируемому генератору импульсов. Имплантируемый генератор импульсов общается с пояснично-крестцовым отделом позвоночника с помощью 16 электродов. Они выполняют селективную активацию скелетной мускулатуры. Кортикальный имплантат состоит из 2 блоков по 64 электрода.
Носимый процессор выступает электрическими мозгами системы. Многие сложные процедуры обработки данных выполняются именно этой частью нейроимплантата. Здесь видны данные МРТ. Красным обозначены кортикальные поля, ответственные за движение. Справа можно увидеть две круглые структуры.
Так выглядят кортикальные имплантаты, «сидящие» на головном мозге. Для эффективной установки спинального имплантата нужно знать особенности индивидуальной анатомии. Красными прямоугольниками обозначены 16 электродов, стоящие на уровне 11 грудного и 1 поясничного позвонка. Мозговая бионика имеет свои особенности. Организм воспринимает имплантат как чужеродного агента, запуская реакции воспаления.
Этот недостаток обходится путём использования биологически инертных материалов. Иридий, титан и платина относятся именно к ним. Следующий вопрос: как обеспечить бесперебойное питание электроники и её связь с внешней гарнитурой? Провода использовать нельзя. Любая магистраль, идущая к мозгу через кости черепа и твёрдую оболочку, будет выступать открытыми воротами для инфекции.
Инженерная проблема была решена с помощью двух антенн, спрятанных в силиконовый кожух. Первая, использующая частоту в 13,56 МГц, питает имплантированную электронику по механизму индуктивной связи. Похожим образом работают беспроводные зарядки современных смартфонов.
Представить на рынке российский препарат могут уже в 2025 году. По словам Белоусова, препарат будет востребован у пациентов, получивших ранения на СВО. Кроме того, в дальнейшем его компоненты планируют использовать для лечения при инсультах. Третий конгресс молодых ученых работает в Парке науки и искусства "Сириус" 28-30 ноября.
Этапы решения проблемы Формирование новых нейронов спинного мозга возможно? Травмы позвоночника часто приводят к нарушениям целостности смещениям, разрывам спинного мозга. Результатом таких нарушений становится полная или частичная инвалидность человека из-за паралича или невозможности двигаться и жить полноценной жизнью. Группа ученых из Университета Техаса, работающих в области клеточной инженерии и регенеративной медицины провели серию успешных экспериментов на животных моделях, в результате которых удалось вызвать формирования новых нейронов спинного мозга взамен поврежденных. Особого внимания заслуживает то, что за основу для формирования новой нейронной сети исследователи взяли зрелые клетки глии, извлеченные непосредственно из позвоночника самих подопытных мышей. Ранее считалось невозможным настолько хорошо восстановить поврежденные участки спинного мозга, чтобы добиться полной регенерации травмированных тканей позвоночника и спинномозгового корда с возвратом всех двигательных и сенситивных функций.
Починить спинной мозг: новые терапии на грани фантастики
Первых испытателей компания отберет из числа пациентов с параличом из-за травмы шейного отдела спинного мозга или бокового амиотрофического склероза, говорится в сообщении Neuralink. Нейроинтерфейс, соединяющий спинной и головной мозг, позволил пациенту с повреждением спинного мозга лучше ходить — сначала со стимуляцией, а потом и без нее. После нанесения этим подопытным мышам травм с повреждением спинного мозга в их эпендимальных клетках включалась программа превращения в олигодендроциты, которые затем мигрировали в места демиелинизации аксонов и ремиелинизировали их. Теперь нейробиологи восстановили связи так, чтобы волокна соединялись с поврежденными зонами. Исследователи провели опыт на мышах с относительно легкими травмами, а также на грызуне с серьезным повреждением спинного мозга.
Российский нейроимплант поможет двигаться пациентам с травмами спинного мозга
Чаще всего для устранения боли и снятия воспаления применяются различные фармацевтические препараты, хотя не всегда они приносят облегчение пациентам. Она подчеркнула, что поскольку терапевтических методов эффективного восстановления нервной ткани спинного мозга не существует, перспективной видится разработка изделий, имплантируемых в острую фазу травмы. Сейчас авторы изделия уже создали наноструктурированные каркасы, состоящие из резорбируемого полимера. Нейроимплантаты прошли испытания и доказали эффективность на клеточных культурах. В ближайшее время разработчика нейроимпланта продолжат его исследования на лабораторных животных.
До сих пор не удавалось выяснить, как именно это происходит, а без такого понимания феномен оставался не более чем любопытным фактом. Как объясняет Такеока, «понимание основного механизма очень важно, если мы хотим понять основы автоматизма движений у здоровых людей и использовать эти знания для реабилитации пациентов с травмами позвоночника». Прежде чем перейти к изучению нейронных связей, исследователи разработали экспериментальную установку, которая позволила им изучить процесс адаптации спинного мозга мыши.
Под процессом понимается как обучение, так и запоминание без участия головного мозга. В каждом тесте участвовали экспериментальная и контрольная мыши, чьи задние лапы свободно свисали. Если задняя лапа экспериментальной мыши опускалась слишком низко, она получала электрическую стимуляцию, импульс, которого мышь хотела бы избежать. Контрольная мышь получала такую же стимуляцию в то же время, но без привязки к положению ее задней лапы. Уже через 10 минут наблюдались результаты моторного обучения, но только у подопытных мышей: их лапки оставались высоко поднятыми, избегая электрической стимуляции.
Сосуды спинного мозга Пороки развития: Диастематомиелия — наследственное заболевание спинного мозга, при котором продольная перегородка расщепляет спинной мозг на две части, содержащих центральный канал.
Проявляется подкожными липомами, гемангиомами, оволосением поясницы. Грудная клетка деформируется, нарушается осанка, походка, длина конечностей, возникают парезы ног, мышечная слабость, боли в спине. Диастематомиелия: A - патологическое состояние, B - здоровое состояние Дермальный синус — свищевой ход, через который нервные структуры спинного мозга сообщаются с кожей. Аномалия врожденная, проявляется углублениями, повышенным оволосением зон, пигментацией, парезом нижних конечностей, абсцессами, нарушением функций тазовых органов. Дермальный синус Синдром фиксированного спинного мозга: врожденные аномалии, опухоли или травмы вызывают фиксацию каудального отдела спинного мозга. Проявляется кожными симптомами на пояснице, нарушением работы органов таза, двигательной функции и чувствительности ног.
Синдром фиксированного спинного мозга Лечение Лечение заболеваний спинного мозга предполагает преимущественно хирургическое вмешательство. Нейрохирурги Центра проводят следующие нейрохирургические операции. Пороки развития решаем устранением диастомиелиии, иссечением дермального синуса. Для хирургического лечения спинномозговых компрессий применяем методику ламинопластики. Для решения проблемы новообразований предусмотрена биопсия и удаление опухолей максимально щадящим способом. Болезни сосудов спинного мозга оперируем способом удаления фистул и эмболизацией мальформаций.
Шейная ламинопластика Почему болезни спинного мозга в СПб предпочитают лечить в нашем Центре? Прогрессивные методики лечения по мировым стандартам: практикуем европейские, американские протоколы, в том числе авторские, запатентованные методы.
Чаще всего для устранения боли и снятия воспаления применяются различные фармацевтические препараты, хотя не всегда они приносят облегчение пациентам. Она подчеркнула, что поскольку терапевтических методов эффективного восстановления нервной ткани спинного мозга не существует, перспективной видится разработка изделий, имплантируемых в острую фазу травмы. Сейчас авторы изделия уже создали наноструктурированные каркасы, состоящие из резорбируемого полимера. Нейроимплантаты прошли испытания и доказали эффективность на клеточных культурах. В ближайшее время разработчика нейроимпланта продолжат его исследования на лабораторных животных.
В России проведена операция по установке нейростимулятора в спинной мозг
В основном это молодые люди в возрасте 20-25 лет. Большинство из них остается парализованными на всю жизнь. Ученые предложили чаще использовать нейростимуляцию спинного мозга электричеством с помощью небольшого вживляемого стимулятора. Такая операция даст парализованным людям надежду на восстановление опорно-двигательных функций организма, написала «Русская планета».
Sagol Center for Regenerative Biotechnology После этого стволовые клетки были введены в гидрогель с помощью " технологии, имитирующей эмбриональное развитие спинного мозга". Через 30 дней была получена партия трехмерных имплантатов спинного мозга, каждый из которых состоял из нейронных сетей, содержащих двигательные нейроны.
Впоследствии они были пересажены мышам, которые потеряли возможность пользоваться левой задней лапой из-за частичного разрыва спинного мозга. В одной группе, которая совсем недавно получила травму, имплантат успешно устранил разрыв в спинном мозге, что позволило 100 процентам мышей полностью восстановить работу задней лапы после процесса реабилитации. В другой группе, которая была травмирована шестью неделями ранее, процент успеха составил около 80 процентов - в этом случае перед установкой имплантата пришлось удалить рубцовую ткань, образовавшуюся в месте травмы. У пациента извлекается ткань сальника. Затем отделяются клетки и ЭЦМ.
Затем iPSCs заключаются в гидрогель на базе сальниковой сумки, чтобы создать имплантаты стволовых клеток.
Авторы ввели клетки-предшественники нейронов в поврежденный спинной мозг животных. Клетки начали функционировать подобно другим клеткам спинного мозга — они формировали полноценную ткань, что помогло вернуть крысам подвижность.
При проведении предыдущих экспериментов способность двигаться к животным не возвращалась. Ученые считают, что новая методика поможет и парализованным людям, потерявшим подвижность после травм.
Сосудистые болезни: Фистулы сосудов: соустье между спинномозговыми артериями и сегментарной веной, из-за чего в венозную систему спинного мозга поступает большее количество крови, повышается венозное давление. Возникают парезы и параличи верхних и нижних конечностей, нарушается работа мочевого пузыря, кишечника, искажается чувствительность.
Артериовенозная мальформация — врожденное сосудистое заболевание, которое ведет к аневризмам, хронической недостаточности кровообращения. Сосудистые стенки выпячиваются, сдавливают нервные структуры, спинной мозг, вызывают кровоизлияние, ишемию. Сосуды спинного мозга Пороки развития: Диастематомиелия — наследственное заболевание спинного мозга, при котором продольная перегородка расщепляет спинной мозг на две части, содержащих центральный канал. Проявляется подкожными липомами, гемангиомами, оволосением поясницы.
Грудная клетка деформируется, нарушается осанка, походка, длина конечностей, возникают парезы ног, мышечная слабость, боли в спине. Диастематомиелия: A - патологическое состояние, B - здоровое состояние Дермальный синус — свищевой ход, через который нервные структуры спинного мозга сообщаются с кожей. Аномалия врожденная, проявляется углублениями, повышенным оволосением зон, пигментацией, парезом нижних конечностей, абсцессами, нарушением функций тазовых органов. Дермальный синус Синдром фиксированного спинного мозга: врожденные аномалии, опухоли или травмы вызывают фиксацию каудального отдела спинного мозга.
Проявляется кожными симптомами на пояснице, нарушением работы органов таза, двигательной функции и чувствительности ног. Синдром фиксированного спинного мозга Лечение Лечение заболеваний спинного мозга предполагает преимущественно хирургическое вмешательство. Нейрохирурги Центра проводят следующие нейрохирургические операции. Пороки развития решаем устранением диастомиелиии, иссечением дермального синуса.
Для хирургического лечения спинномозговых компрессий применяем методику ламинопластики.
Ученые создали имплант спинного мозга — он вылечил 80 процентов случаев хронического паралича мышей
Клетки микроглии при травме спинного мозга активируются, то есть возникает иммунный ответ, и его степень напрямую зависит от тяжести травмы. Z-новости. В РФ создали препарат со стволовыми клетками для лечения травмы спинного мозга. С начала 2023 года в клинике реабилитации ФГБУ «НМХЦ им. Н.И. Пирогова» МЗ РФ проводится исследование: «Эффективность функциональных и силовых тренажеров Ильясова в реабилитации пациентов после травмы шейного отдела спинного мозга».
Технологии позволяют опытным хирургам справляться с патологиями позвоночника и спинного мозга
– Опухоли спинного мозга, – говорит врач-онколог Александр Серяков, – это патологические новообразования злокачественной и доброкачественной природы, которые локализуются в области спинного мозга. Столь необычный способ управления кресла в первую очередь предназначен для страдающих повреждением спинного мозга, передают американские СМИ. Человеку с серьезной травмой позвоночника беспроводным способом подсоединили спинной мозг к головному — это вернуло пациенту подвижность, сообщает Science Alert со ссылкой на статью в журнале Nature. написали исследователи.