Quattro persone con lesione midollare toracica cronica e funzionalmente completa 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.
Il risultato arriva da uno studio pubblicato su Med – Cell Press e condotto dal 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 ruolo del tronco
La strategia si basa su un movimento molto semplice: una lieve estensione volontaria del tronco. Nei partecipanti, questo gesto ha permesso di modificare la risposta alla stimolazione elettrica e di favorire il passaggio dall’estensione della gamba, necessaria per sostenere il peso corporeo, alla flessione coordinata di anca, ginocchio e caviglia necessaria per compiere il passo.
In questo modo, è il paziente stesso a contribuire al controllo della locomozione attraverso il movimento del busto.
I ricercatori hanno definito questo meccanismo “trunk-mediated control” (TMC), ovvero controllo mediato dal tronco. L’ipotesi è che il movimento del busto modifichi temporaneamente i rapporti anatomici tra le strutture nervose e gli elettrodi, cambiando così l’effetto della stimolazione.
Nessun impianto cerebrale
La novità dell’approccio consiste anche nella sua relativa semplicità. Le strategie sperimentali più avanzate per favorire il recupero motorio dopo una lesione midollare hanno utilizzato, tra le altre soluzioni, interfacce cervello-midollo, algoritmi per decodificare i segnali neurali e dispositivi sviluppati appositamente.
Il gruppo MINE ha seguito invece una strada differente, sfruttando una funzione volontaria ancora preservata: il movimento del tronco.
Per ottenere il controllo del passo non sono stati quindi utilizzati impianti cerebrali, sensori esterni o algoritmi di decodifica. La strategia si basa su uno stimolatore midollare già disponibile in commercio.
I quattro partecipanti
Lo studio ha coinvolto quattro persone con lesione midollare traumatica cronica compresa tra T4 e T7, classificata AIS A o B e funzionalmente completa dal punto di vista motorio.
Tutti i partecipanti erano privi della capacità di contrarre volontariamente i muscoli degli arti inferiori. Dopo l’impianto dello stimolatore midollare e quattro mesi di riabilitazione intensiva, tutti sono riusciti a mantenere la posizione eretta e a camminare con un deambulatore.
La deambulazione è avvenuta senza assistenza manuale e senza sistemi di sostegno del peso corporeo.
I risultati del test
Il punteggio WISCI II, utilizzato per valutare la capacità di cammino nelle persone con lesione midollare, è passato da 0 a 9 per tutti e quattro i partecipanti.
Uno di loro ha percorso 132 metri in 42 minuti di cammino continuo. Tutti sono inoltre riusciti a camminare affrontando curve, pendenze e superfici esterne irregolari.
Tre partecipanti hanno raggiunto anche la capacità di mantenere la posizione eretta sostenendosi con una sola mano, mentre con l’altra potevano svolgere semplici attività quotidiane.
Riabilitazione fondamentale
Un ruolo centrale è stato svolto dal percorso riabilitativo. I partecipanti hanno seguito un training quotidiano, progressivo e individualizzato, 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 dagli esercizi per il controllo del tronco e dall’attivazione degli arti inferiori attraverso la neurostimolazione. Il percorso è poi proseguito con la stazione eretta, il trasferimento del peso e, infine, il cammino con il 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”, ha affermato il dottor Sandro Iannaccone, direttore del Dipartimento di Riabilitazione Disturbi Neurologici Cognitivi-Motori dell’IRCCS Ospedale San Raffaele.
Il significato clinico
Il risultato non corrisponde a un recupero della capacità di contrarre volontariamente i muscoli delle gambe. Questa funzione 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”, ha sottolineato il 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.
Il movimento degli arti inferiori è stato quindi generato dalla stimolazione, mentre il tronco ha fornito il comando necessario per modulare il passo.
Il corpo come interfaccia
Dal punto di vista neuroingegneristico, lo studio introduce un principio particolarmente rilevante: utilizzare direttamente il corpo del paziente come 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”, ha spiegato Silvestro Micera, professore di Bioingegneria alla Scuola Superiore Sant’Anna.
Secondo il ricercatore, si tratta di un principio semplice che potrebbe risultare interessante anche dal punto di vista traslazionale, proprio per l’assenza di sistemi aggiuntivi particolarmente complessi.
Sicurezza e finanziamenti
Durante lo studio non sono stati osservati eventi avversi correlati a disautonomia. I ricercatori sottolineano inoltre che nessuno dei quattro partecipanti ha recuperato la contrazione volontaria dei muscoli delle gambe.
La ricerca è stata finanziata dall’Università Vita-Salute San Raffaele, Boston Scientific Spa, Fondazione Cariplo, Fondazione Bertarelli, #NextGenerationEU (NGEU) e Ministero dell’Università e della Ricerca (MUR).