מכשיר אלקטרוני זעיר וגמיש העוטף את חוט השדרה יכול לייצג גישה חדשה לטיפול בפציעות בעמוד השדרה, שעלולות לגרום לנכות עמוקה ולשיתוק.
צוות של מהנדסים, מדעני מוח ומנתחים מאוניברסיטת קיימברידג' פיתח את המכשירים והשתמש בהם כדי לתעד את האותות העצבים העוברים הלוך ושוב בין המוח לחוט השדרה. בניגוד לגישות הנוכחיות, מכשירי קיימברידג' יכולים להקליט מידע של 360 מעלות, ונותנים תמונה מלאה של פעילות חוט השדרה.
בדיקות בדגמי גופות חיות וחיות של בני אדם הראו שהמכשירים יכולים גם לעורר תנועת גפיים ולעקוף פציעות שלמות בחוט השדרה שבהן התקשורת בין המוח לחוט השדרה הופרעה לחלוטין.
רוב הגישות הנוכחיות לטיפול בפציעות בעמוד השדרה כוללות גם ניקוב חוט השדרה באמצעות אלקטרודות וגם הנחת שתלים במוח, שניהם ניתוחים בסיכון גבוה. המכשירים שפותחו בקיימברידג' יכולים להוביל לטיפולים בפציעות בעמוד השדרה ללא צורך בניתוח מוח, שיהיה הרבה יותר בטוח לחולים.
בעוד שטיפולים כאלה עדיין נמצאים במרחק של לפחות מספר שנים, החוקרים אומרים שהמכשירים יכולים להיות שימושיים בטווח הקרוב לניטור פעילות חוט השדרה במהלך הניתוח. הבנה טובה יותר של חוט השדרה, שקשה לחקור, עשויה להוביל לשיפור הטיפולים במגוון מצבים, כולל כאב כרוני, דלקת ויתר לחץ דם. התוצאות מדווחות בכתב העת התקדמות המדע.
"חוט השדרה הוא כמו כביש מהיר, הנושא מידע בצורה של דחפים עצביים אל המוח וממנו", אמר פרופסור ג'ורג' מליאראס מהמחלקה להנדסה, שהיה שותף להובלת המחקר. "נזק לחוט השדרה גורם להפסקת התנועה, וכתוצאה מכך נכות עמוקה, כולל אובדן בלתי הפיך של תפקודים תחושתיים ומוטוריים."
היכולת לנטר אותות העוברים וחוט השדרה וממנו יכולה לסייע באופן דרמטי בפיתוח טיפולים לפציעות בעמוד השדרה, ויכולה להיות שימושית בטווח הקרוב יותר לניטור טוב יותר של חוט השדרה במהלך הניתוח.
"רוב הטכנולוגיות לניטור או גירוי של חוט השדרה פועלות רק עם נוירונים מוטוריים לאורך החלק האחורי, או הגבי, מחוט השדרה", אמר ד"ר דמיאנו בארון מהמחלקה למדעי המוח הקליניים, שהוביל את המחקר. "גישות אלה יכולות להגיע רק ל-20 עד 30 אחוזים מעמוד השדרה, כך שאתה מקבל תמונה לא שלמה."
על ידי נטילת השראתם ממיקרואלקטרוניקה, החוקרים פיתחו דרך להשיג מידע מכל עמוד השדרה, על ידי עטיפה של שתלים דקים מאוד ברזולוציה גבוהה סביב היקף חוט השדרה. זו הפעם הראשונה שבה אפשרית רישום בטוח של חוט השדרה ב-360 מעלות – גישות מוקדמות יותר לניטור של 360 מעלות משתמשות באלקטרודות החודרות את עמוד השדרה, מה שעלול לגרום לפציעה בעמוד השדרה.
המכשירים הביולוגיים שפותחו בקיימברידג' – בעובי של כמה מיליוניות המטר בלבד – מיוצרים באמצעות פוטוליתוגרפיה מתקדמת וטכניקות התקנת סרט דק, ודורשים כוח מינימלי כדי לתפקד.
המכשירים מיירטים את האותות העוברים על האקסונים, או סיבי העצב, של חוט השדרה, ומאפשרים לתעד את האותות. הרזון של המכשירים אומר שהם יכולים להקליט את האותות מבלי לגרום נזק לעצבים, שכן הם אינם חודרים לחוט השדרה עצמו.
"זה היה תהליך קשה, כי לא עשינו שתלים בעמוד השדרה בצורה כזו בעבר, ולא היה ברור שנוכל למקם אותם בבטחה ובהצלחה סביב עמוד השדרה", אמר מליאראס. "אבל בגלל ההתקדמות האחרונה הן בהנדסה והן בנוירוכירורגיה, כוכבי הלכת התיישרו ועשינו התקדמות גדולה בתחום החשוב הזה".
המכשירים הושתלו תוך התאמה להליך כירורגי שגרתי כך שניתן היה להחליק אותם מתחת לחוט השדרה מבלי לפגוע בו. בבדיקות באמצעות מודלים של חולדות, החוקרים השתמשו בהצלחה במכשירים כדי לעורר תנועת גפיים. המכשירים הראו חביון נמוך מאוד – כלומר, זמן התגובה שלהם היה קרוב לתנועה רפלקסיבית אנושית. בדיקות נוספות בדגמי גופות אנושיות הראו שניתן למקם את המכשירים בהצלחה בבני אדם.
החוקרים אומרים שהגישה שלהם עשויה לשנות את אופן הטיפול בפציעות עמוד השדרה בעתיד. הניסיונות הנוכחיים לטפל בפציעות בעמוד השדרה כרוכים הן במוח והן בשתלים בעמוד השדרה, אך חוקרי קיימברידג' טוענים כי ייתכן שלא יהיה צורך בשתלים במוח.
"אם למישהו יש פגיעה בעמוד השדרה, המוח שלו בסדר, אבל זה הקשר שנקטע", אמר ברון. "כמנתח, אתה רוצה להגיע לאן שהבעיה נמצאת, אז הוספת ניתוח מוח על ניתוח עמוד השדרה רק מגבירה את הסיכון לחולה. אנחנו יכולים לאסוף את כל המידע שאנחנו צריכים מחוט השדרה בצורה הרבה פחות פולשנית, אז זו תהיה גישה הרבה יותר בטוחה לטיפול בפציעות בעמוד השדרה."
בעוד שטיפול בפציעות בעמוד השדרה עדיין רחוק שנים, בטווח הקרוב יותר, המכשירים יכולים להיות שימושיים לחוקרים ולמנתחים כדי ללמוד יותר על חלק חיוני זה, אך לא נחקר, מהאנטומיה האנושית בצורה לא פולשנית. חוקרי קיימברידג' מתכננים כעת להשתמש במכשירים כדי לנטר את פעילות העצבים בחוט השדרה במהלך הניתוח.
זה היה כמעט בלתי אפשרי לחקור את כל חוט השדרה ישירות באדם, כי זה כל כך עדין ומורכב. ניטור במהלך הניתוח יעזור לנו להבין טוב יותר את חוט השדרה מבלי לפגוע בו, אשר בתורו יעזור לנו לפתח טיפולים טובים יותר למצבים כמו כאב כרוני, יתר לחץ דם או דלקת. גישה זו מראה פוטנציאל עצום לעזור לחולים".
ד"ר דמיאנו בארון, המחלקה למדעי המוח הקליניים, אוניברסיטת קיימברידג'
המחקר נתמך בחלקו על ידי הקולג' המלכותי לכירורגים, האקדמיה למדעי הרפואה, אנגליה לחינוך בריאות, המכון הלאומי לחקר בריאות, ומועצת המחקר להנדסה ומדעי הפיזיקה (EPSRC), חלק מהמחקר והחדשנות בבריטניה (UKRI ).
