Ricercatore della Sissa, coordinatore del laboratorio Spinal di Udine, ha messo a punto una nuova strategia per inviare stimoli elettrici ai circuiti spinali e riattivare i neuroni responsabili della locomozione
TRIESTE – Inviare, tramite un dispositivo esterno, stimoli elettrici al midollo spinale che a causa di una lesione ha dimenticato come si cammina. Questa è una delle più promettenti strategie di ricerca per riattivare la locomozione e restituire la deambulazione a molti di coloro che hanno subito una lesione spinale. Anche la Sissa di Trieste è impegnata su questo fronte con il laboratorio Spinal, progetto all’avanguardia per lo studio delle mielolesioni, frutto della collaborazione tra la Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati, l’Istituto di Medicina Fisica e Riabilitazione dell’Ospedale Gervasutta di Udine, l’Associazione tetra-paraplegici Fvg e il sostegno della Regione Friuli Venezia Giulia.
Giuliano Taccola, genovese, classe 1973, ricercatore della Sissa che coordina l’attività del laboratorio Spinal di Udine, ha appena pubblicato importanti risultati sulla rivista Journal of Neurophisiology, a due anni dall’inizio dell’attività sperimentale nel nuovo laboratorio. Ha messo a punto una nuova strategia per inviare stimoli elettrici ai circuiti spinali e riattivare i neuroni responsabili della locomozione.
«Perfezionare i protocolli di stimolazione e la modalità di erogazione degli stimoli elettrici è importante per riuscire a mettere a punto una strategia efficace – spiega Taccola -. Una strategia, cioè, che sia in grado di inviare uno stimolo opportuno ai circuiti neuronali localizzati nel midollo lombare, noti come CPG (Central Pattern Generator), per indurre in risposta il passo anche in molti di coloro che hanno subito l’interruzione del midollo spinale in seguito a una lesione».
Durante gli esperimenti in laboratorio, Taccola è intervenuto su alcuni parametri degli stimoli elettrici per esplorare le condizioni che riescono a determinare una miglior attivazione dei neuroni del CPG preposti alla generazione di attività motorie ritmiche, come la locomozione.
Ha utilizzato come stimolo la traccia ottenuta precedentemente dalla registrazione dell’attività locomotoria: un po’ come ascoltare la propria voce registrata. “In pratica, nel preparato in vitro di midollo spinale ho registrato il programma locomotorio generato dal CPG spinale in risposta alla stimolazione chimica ottenuta attraverso l’applicazione di sostanze eccitatorie. Poi ho importato un segmento della registrazione di quest’attività e l’ho utilizzato come stimolo elettrico” precisa Taccola.
Il nuovo protocollo di stimolazione si è mostrato più efficace di quelli tradizionali utilizzati oggi in clinica e riabilitazione: è riuscito a evocare infatti un maggior numero di cicli locomotori. «L’analogo in vivo – precisa il neurobiologo – potrebbe essere un maggior numero di passi in risposta a uno stimolo della stessa durata».
«Dobbiamo considerare – continua – che non esistono due passi perfettamente identici, ognuno ha un profilo cinematico leggermente diverso dagli altri. Infatti anche quando vogliamo replicare un gesto, nonostante gli sforzi, non riusciamo mai a riproporlo esattamente uguale». Il vantaggio di questo protocollo deriva dall’intrinseca variabilità di cui sono dotate le onde di stimolazione utilizzate dal ricercatore. La registrazione ottenuta dal campionamento dell’attività locomotoria possiede infatti una sua intrinseca variabilità di scarica, definita rumore. Motivo per cui, molto probabilmente, uno stimolo variabile riesce a dialogare meglio con i neuroni del circuito spinale, risultando più efficace nell’attivazione del programma locomotorio.
La locomozione è determinata da un programma locomotorio che corrisponde all’attività automatica di una rete di neuroni contenuti nel midollo toraco-lombare: il CPG. Esiste quindi un network spinale che può essere attivato e modulato dai centri sopraspinali. Sono loro per esempio ad attivare volontariamente la locomozione, la volontà di cambiare velocità o di fermarsi. Al CPG spinale arrivano però anche informazioni dalla periferia del corpo (come per esempio sulla posizione degli arti inferiori) e queste sono utilizzate per aggiustare in maniera involontaria il movimento e adattarlo a cambiamenti ambientali, come le condizioni del terreno.
In molte lesioni spinali, in seguito al trauma il CPG lombare rimane però scollegato dai centri sopraspinali e quindi non può più essere attivato volontariamente. Sembrerebbe comunque che in questi casi il midollo spinale, se opportunamente stimolato, può generare la locomozione in maniera automatica e indipendente dal controllo del cervello: «l’impulso cerebrale potrebbe essere sostituito da un trigger esterno, come un elettrostimolatore».
Esistono già protocolli di stimolazione, come quello per esempio utilizzato e illustrato sulla rivista Lancet dal team dell’Università di Louisville, UCLA e il California Institute of Technology con il giocatore di baseball Rob Summers, paralizzato dal torace in giù in seguito a una lesione alla colonna vertebrale. «Si tratta di treni di impulsi elettrici tutti uguali. Invece nel protocollo di stimolazione messo a punto nel laboratorio Spinal, ogni impulso è diverso dal precedente e dal successivo, così come ogni passo è diverso dall’altro in termini biomeccanici e per ogni passo sono probabilmente attivati neuroni diversi dello stesso circuito spinale».
Questo lavoro potrebbe avere ricadute applicative importanti. Confermati anche in vivo i risultati di questo studio, la nuova strategia di stimolazione potrebbe essere facilmente importata negli attuali dispositivi elettromedicali (come quelli utilizzati dal team dell’Università di Louisville, UCLA e il California Institute of Technology) migliorandone da subito la performance.
