В мае 2011 года новая терапия, созданная частично инженерами Caltech, позволила параплегическому мужчине встать и добровольно двигать ногами. Теперь те же самые исследователи работают над тем, чтобы автоматизировать свою систему, которая обеспечивает эпидуральную электрическую стимуляцию нижнему спинному мозгу. Их цель состоит в том, чтобы система вскоре была доступна для реабилитационных клиник – и тысяч пациентов – во всем мире.
Этот первый пациент-бывший спортсмен Роб Саммерс, который был полностью парализован под грудью после аварии 2006 года, отлично справился с электромеханической системой. Хотя это не было первоначально частью протокола тестирования, установленного Управлением по контролю за продуктами и лекарствами, FDA разрешило Саммерсу взять всю систему с собой, когда он покинул Институт реабилитации Фрейзера в Луисвилле, где была проведена его послеоперационная физическая терапия, – при условии, что он возвращается каждые три месяца для проверки.
Джоэл Бурдик, Ричард Л. и Дороти М. Хейман, профессор машиностроения и биоинженерии в Кальтех, и Ю-Чонг Тай, профессор электротехники и машиностроения Калтех, помогли создать терапию, которая включает использование листовой матрицы электродов, которые стимулируют нейроны Саммерса и тем самым активируют схемы в его нижнем спинном мозге, которые контролируют стояние и ступень. Этот подход впоследствии был успешно протестирован на второй параплегической основе, и терапевты собираются закончить тестирование третьего субъекта, который показал положительные результаты.
Но Тай и Бердик хотят сохранить технологию, а также субъектов, продвигаясь вперед. С этой целью Тай разрабатывает новые версии электродной решетки, которые в настоящее время одобрены для имплантации человека; они улучшат шаговые движения пациентов, среди других достижений, и им будет легче имплантировать. Burdick также работает над тем, чтобы позволить компьютеру контролировать образец электрической стимуляции, применяемой к спинному мозгу.
«Нам нужно идти дальше», – говорит Бердик. «И для этого нам нужны новые технологии».
Поскольку травмы спинного мозга варьируются от пациента к пациенту, для развертывания системы необходимы постоянные индивидуальные корректировки клиницистами и исследователями Института Фрейзера, ведущего центра реабилитации спинного мозга. «Сейчас в массиве 16 электродов, и для каждого отдельного электрода мы посылаем импульс, который может варьироваться для амплитуды и частоты, чтобы вызвать ответ у пациента», – говорит Бердик. Используя текущий метод, он отмечает: «Требуется значительное усилие, чтобы проверить все переменные, чтобы найти оптимальную настройку для пациента для каждой из различных функций, которые мы хотим активировать».
Группа исследователей, которая также включает исследователей из Лос-Анджелеса и Лос-Анджелеса, до сих пор использовала интеллектуальные догадки, чтобы определить, какие стимулы могут работать лучше всего. Но вскоре, используя новый алгоритм, разработанный Burdick, они смогут опираться на компьютер, чтобы определить оптимальные уровни стимуляции, основываясь на реакции пациента на предыдущие стимулы. Это позволило бы пациентам вернуться домой после обширного процесса реабилитации с помощью системы, которую можно было бы постоянно корректировать с помощью компьютера, спасающего Саммерса, и других пациентов, многие из тех неудобных поездок в Луисвилл. Врачи и специалисты могли дистанционно отслеживать прогресс пациентов.
В дополнение к тому, что субъекты продолжают пользоваться преимуществами устройства, существуют другие практические причины для автоматизации системы. Автоматическая система будет легче делиться с другими больницами и клиниками по всему миру, говорит Бердик, и без необходимости интенсивного обучения это могло бы снизить стоимость.
FDA одобрило тестирование системы у пяти пациентов с травмой спинного мозга, в том числе троих, уже зарегистрированных в исследовании; Burdick планирует протестировать новую компьютеризованную версию у четвертого пациента, а также в Rob Summers в 2013 году. После того, как исследователи завершили тестирование на всех пяти пациентах, Бердик говорит, что команда проведет время, анализируя данные, прежде чем решить, как улучшить системы и расширить ее использование.
Стратегия – это не лекарство от параплегии, а инструмент, который может быть использован для улучшения качества их здоровья, говорит Бердик. Эта технология может также дополнять терапию стволовыми клетками или другие методы, над которыми биологи работают, чтобы восстановить или обойти повреждение нервной системы, которое является результатом травмы спинного мозга.
«Там не будет одной серебряной пули для лечения травм спинного мозга», – говорит Бердик. «Мы считаем, что наша техника будет играть роль в реабилитации пациентов с травмой спинного мозга, но более устойчивое лечение, скорее всего, будет вызвано биологическими решениями».
Даже с ограничениями нынешней системы, говорит Бердик, результаты превзошли его ожидания.
«Все три предмета встали в течение 48 часов после включения массива», – говорит Бердик. «Это показывает, что первый пациент не был случайным, и что многие аспекты процесса повторяемы». В некотором роде второй и третий пациенты работают даже лучше, чем Саммерс, хотя это будет некоторое время, прежде чем команда сможет полностью проанализировать эти результаты. «Мы ожидали изменений из-за различий в травмах пациентов. Роб дал нам отправную точку, и теперь мы научились настраивать массив для каждого пациента и вносить коррективы, поскольку каждый пациент меняет с течением времени.
«Я делаю эту работу, потому что мне это нравится», – говорит Бердик. «Когда вы работаете с этими людьми и узнаете их и видите, как они совершенствуются, это лично вдохновляет».