Três voluntários receberam o revolucionário implante de eletrodos na medula espinal. Os pacientes foram capazes de ficar de pé, andar, pedalar e até mesmo nadar.
Introdução
Após anos de pesquisa, o grupo .NeuroRestore – uma colaboração entre a Escola Politécnica Federal e o Hospital Universitário de Lausanne, na Suíça – publicou o artigo “Activity-dependent spinal cord neuromodulation rapidly restores trunk and leg motor functions after complete paralysis”, sobre um tratamento que, se as expectativas se confirmarem, pode significar um grande passo na vida de várias pessoas do mundo inteiro.
História
Liderada por Grégoire Courtine e Jocelyne Bloch, a primeira etapa do estudo começou em 2016, com neurocirurgias que utilizaram uma técnica pioneira para implantar eletrodos nas medulas espinhais de 6 pessoas com lesão medular parcial.
Posteriormente, a equipe desenvolveu um novo eletrodo, com tecnologia mais avançada e precisa, em parceria com a ONWARD, uma startup de tecnologia médica. Com o novo dispositivo de eletroestimulação, o grupo de pesquisadores desenvolveu um artigo que foi publicado na Nature em fevereiro de 2022.
O estudo e a neurocirurgia
Neste trabalho, foi abordada a nova etapa do estudo envolvendo pacientes com lesão medular: desta vez, os voluntários tinham quadros ainda mais graves, com lesão medular completa. Eram homens de 29, 32 e 41 anos que sofreram lesões em acidentes de moto e desenvolveram paralisia sensório-motora completa.
O novo tratamento faz uso de um implante com eletrodo de maior extensão, entre as vértebras e a medula espinhal, na região lombar. Para a inserção do dispositivo, é realizada uma cirurgia de laminectomia lombar no segmento espinhal entre as vértebras L1 e L2, com a realização de tomografia computadorizada tridimensional intraoperatória para mapear a posição ideal do eletrodo para a anatomia de cada participante do estudo. Em seguida, um gerador de pulso implantável – semelhante a um marcapasso – é inserido na região subcutânea do abdome paciente, com os cabos passando lateralmente pelo tecido subcutâneo, em uma trajetória circular, até se conectarem ao eletrodo.
Após a finalização do ato cirúrgico, o eletrodo estará pronto para ser utilizado. Por meio da estimulação elétrica epidural direcionada às raízes dorsais do plexo lombossacral, o sistema é capaz de enviar os impulsos nervosos necessários para controlar o tronco e os membros inferiores. Mas há um porém: o eletrodo só é capaz de realizar sua função quando os aparelhos estiverem ligados.
Como funciona o implante?
Esse dispositivo eletrônico utiliza um software de inteligência artificial desenvolvido pela equipe de pesquisadores. O sistema elétrico fica conectado sem fio a um tablet que tenha o aplicativo instalado, permitindo definir qual será a atividade que o paciente realizará: andar, nadar, remar, entre outras. Para acessar o app, a pessoa deverá sempre estar com um tablet por perto, a fim de programar as atividades a serem realizadas.
Dessa forma, o tablet encaminha os sinais elétricos ao marcapasso implantado no abdome que, por sua vez, retransmite os estímulos ao eletrodo espinhal, que estimula determinados neurônios. Em resumo, o sistema estimula eletricamente os neurônios motores da região, conduzindo impulsos elétricos aos músculos para a realização de atividades motoras, como é possível observar na imagem a seguir:
https://www.nature.com/articles/s41591-021-01663-5/figures/4
a: O programa apresenta uma coletânea de configurações de ânodo e cátodo e de frequências de estimulação, em hertz, para modular atividades motoras associadas às principais fases da marcha, destacadas por um código de cores azul e amarela. Pode-se observar que, dependendo da atividade que será realizada, cada grupo muscular receberá uma frequência diferente, como em (1), por exemplo, onde se vê a eletroestimulação dos músculos iliopsoas e do reto femoral para a realização do movimento de flexão do quadril.
b: O software baseia-se em uma sequência que mostra a atividade muscular de pessoas saudáveis durante caminhadas, sendo convertida em um mapa espaço-temporal de ativação do neurônio motor, destacando o momento e a localização da ativação neuronal. Essa sequência é traduzida em um modelo que exibe a sequência pré-programada de estimulações, visando reproduzir esse padrão de ativação nos pacientes. Utilizando o código de cores e a coletânea de figuras da imagem “a”, as configurações direcionadas a cada local de ação são inseridas neste modelo.
c: Ilustração do software que permite ajustes em tempo real de padrões e parâmetros de estimulação da atividade muscular, de modo sincronizado.
d: À esquerda, vê-se um paciente realizando caminhada em esteira após o primeiro dia da configuração da eletroestimulação. À direita, a imagem mostra que, após uma semana de terapia de neurorreabilitação, o paciente começou a realizar caminhada sobre o solo, de forma independente, apoiando os membros superiores sobre barras paralelas. Abaixo, observam-se as sequências de estimulação dos músculos iliopsoas, vasto lateral, semitendíneo, tibial anterior e sóleo.
e: Por fim, são mostradas cronofotografias de exercícios de: sentar e levantar, natação, leg-press e exercícios motorizados. Todos esses exercícios foram habilitados pelos programas de estimulação específicos de cada atividade (exibidos na parte inferior de cada cronofotografia).
Resultados
Os pacientes tiveram uma recuperação imediata da marcha e, com apoio de um programa de neurorreabilitação, conseguiram recuperar a independência para a realização de diversas atividades, tendo resultados cada vez melhores com o passar do tempo. Alguns dos participantes foram capazes até mesmo de subir escadas, lutar boxe e de ficar em pé para tomar uma bebida no bar.
Entretanto, um obstáculo do dia-a-dia é o fato de os pacientes precisarem sempre programar os movimentos que irão realizar, necessitando ter um tablet em mãos. Assim, o dispositivo tem suas limitações, mas já é um grande passo para um melhor prognóstico para os pacientes que sofrem com essa condição, promovendo mais independência e qualidade de vida às pessoas que usam cadeira de rodas. A figura a seguir mostra com detalhes a recuperação dos pacientes.
a: Cronofotografia que mostra um dos participantes caminhando independentemente e ao ar livre após utilizar, por 6 meses, os softwares específicos de atividades.
https://www.nature.com/articles/s41591-021-01663-5/figures/6
b: Gráfico que mostra o suporte de peso corporal ideal de cada um dos três participantes do estudo para conseguir caminhar durante 6 meses de neurorreabilitação.
c: Gráficos de barras relatando o desempenho de cada paciente no teste de caminhada de 6 minutos e no teste de caminhada de 10 metros antes (em cinza) e depois da neurorreabilitação (em vermelho). Nenhuma assistência aos pacientes foi fornecida durante esses testes.
d: Pacientes conseguindo ficar em pé por longos períodos de tempo para praticar boxe ou para tomar uma bebida em uma mesa alta de um bar.
e: Paciente remando em um lago com auxílio do programa usado no tablet. Os gráficos de barras relatam o número de remadas por minuto com e sem a eletroestimulação epidural.
f: Gráficos de barras relatando alterações na massa muscular da coxa e do tronco, com considerável aumento da área de musculatura.
g, Amplitude da atividade muscular para cada um dos 1.240 movimentos realizados ao longo de 1 hora. Os gráficos de barras relatam a amplitude média da atividade muscular sem estimulação epidural ( 27 ciclos, em cor cinza) e durante os 100 primeiros e 100 últimos ciclos (em vermelho). Ao lado, as fotografias ilustram o desenvolvimento da estimulação do ciclismo, à esquerda, e seu uso cotidiano na comunidade, à direita.
Futuro
Após os resultados animadores, a equipe começou a trabalhar em métodos para simplificar e baratear o processo de implante de medula espinhal. Além disso, os pesquisadores estão buscando formas de adequar os dispositivos a cada tipo de pessoa, pois há uma considerável variabilidade anatômica de topologia da medula espinhal na população humana.
Assim, os próximos passos são ajustar os tamanhos dos eletrodos, considerando os tamanhos de cada indivíduo, bem como aperfeiçoar o software utilizado. Por fim, serão realizados novos estudos com mais pacientes, de modo que, caso sejam aprovados, a tecnologia passe a estar disponível no mercado o quanto antes.
Autor: Marcelo Queiroz Alves
Instagram: @marceloqa
Referências
Courtine, G., & Sofroniew, M. V. (2019). Spinal cord repair: advances in biology and technology. Nature Medicine. doi:10.1038/s41591-019-0475-6
Rowald, A., Komi, S., Demesmaeker, R. et al. Activity-dependent spinal cord neuromodulation rapidly restores trunk and leg motor functions after complete paralysis. Nat Med 28, 260–271 (2022). https://doi.org/10.1038/s41591-021-01663-5
Wagner, F.B., Mignardot, JB., Le Goff-Mignardot, C.G. et al. Targeted neurotechnology restores walking in humans with spinal cord injury. Nature 563, 65–71 (2018). https://doi.org/10.1038/s41586-018-0649-2
O inovador implante na medula que fez homem com paralisia voltar a andar
New implant offers promise for the paralyzed
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