חוט שדרה

כמוניחוט שדרהמדריכים5 פריצות דרך שיעניקו עצמאות למי שזקוקים לה יותר מכל

5 פריצות דרך שיעניקו עצמאות למי שזקוקים לה יותר מכל

אישה משותקת שמטיסה מטוס קרב, קופים שמנווטים כיסא גלגלים בכוח המחשבה, יצירת חוט שדרה שלם מתאי גזע במעבדה ועוד כיווני מחקר חדשים שעשויים להוביל להחזרת יכולות למשותקים

מאת אלה הר-נוי
תגובות 0

(צילום: מתוך סרטון יוטיוב)
(צילום: מתוך סרטון יוטיוב)

עצמאות אמיתית היא בראש ובראשונה הדברים שרובנו לוקחים כמובנים מאליהם, כמו היכולת לצחצח שיניים, לשתות כוס בירה ללא עזרה או פשוט לקום וללכת. כל אלה הם דברים שמהווים כיום חלום רחוק עבור אנשים שאיבדו את היכולת שלהם להזיז את השרירים באופן רצוני בגלל פגיעה בחוט השדרה.

 

חוט השדרה הוא צרור של עצבים העובר דרך עמוד השדרה ומחבר את המוח לשאר חלקי הגוף. תפקידו לאסוף אינפורמציה מאברי הגוף, לשלוח אותה למוח ולהיפך. נזק בחוט השדרה בעקבות פציעה או מחלה עלול לגרום במידה כלשהי לשיתוק או אובדן תחושה – בהתאם למיקום וחומרת הפגיעה.

 

במעבדות ברחבי העולם מדענים שוקדים על פיתוחים שונים שיאפשרו לנפגעי חוט שדרה להגשים את החלום ולקבל את העצמאות שלהם בחזרה. ריכזנו 5 התפתחויות מבטיחות ומרתקות.

 

1. הזזת אובייקטים באמצעות כוח המחשבה

 

קופים מנווטים כיסא גלגלים רובוטי בעזרת כוח המחשבה בלבד, אדם משותק שותה בירה ביד רובוטית ואישה משותקת מטיסה מטוס קרב - אלה נשמעים אולי כמו קטעים מסרט מדע בדיוני, אך חידושים בתחום ממשקי מוח-מחשב מאפשרים שימוש בכוח המחשבה להזזת אובייקטים ואפילו להפעלת איברי הגוף עצמו, ומביאים לכך שהיום בו אנשים משותקים יוכלו להשתמש בכוח המחשבה כדי לזוז קרוב מתמיד.

 

במארס 2016 פורסם בכתב העת Scientific Reports דיווח של חוקרים מאוניברסיטת דיוק על ממשק מוח-מכונה שאפשר לקופים לנווט כיסא גלגלים בעזרת כוח המחשבה. החוקרים השתילו מאות אלקטרודות דקיקות במוחם של שני קופי רזוס. הם הושיבו את הקופים על כיסא גלגלים והניחו בחדר קערת ענבים. באמצעות האלקטרודות הם בחנו את הפעילות החשמלית במוח של הקופים כשהם רצו שכיסא הגלגלים יתקדם לכיוון הענבים, בעוד שבאמצעות שלט רחוק הם הזיזו את הכיסא מעט קדימה. לאחר מכן, החוקרים תכנתו את כיסא הגלגלים להגיב לאותו דפוס פעילות מוחית באותו האופן. לבסוף הם הניחו ענבים בחדר ונתנו לממשק המוח-מכונה של כיסא הגלגלים להגיב לפעילות החשמלית במוח של הקופים. כשהקופים בהו בענבים המפתים, כיסא הגלגלים זיהה את הרצון שלהם לזוז לכיוון וניווט אותם לעבר הפרס. ככל שהקופים תרגלו יותר, הם ניווטו את כיסא הגלגלים בצורה חלקה ומהירה יותר. החוקרים מקווים להמשיך ולהגדיל את הדיוק בקרב הקופים ואז להתחיל להשתיל את המערכת באנשים משותקים.

 

 

שיטות דומות כבר יושמו בבני אדם בהצלחה. בשנת 2015 דווח כי אישה המושתקת לחלוטין בארבע הגפיים בעקבות מחלה שגורמת לניוון של הקשרים בין המוח והשרירים הטיסה מטוס קרב בסימולטור בהצלחה רבה, בכוח המחשבה. בפברואר 2012 האישה עברה ניתוח במסגרתו הושתלו במוחה שתי רשתות זעירות של אלקטרודות. האלקטרודות מקבלות אותות ממוליכים עצביים (נוירונים) בהתאם למחשבות ומחשב משתמש באלגוריתמים כדי לזהות את הדפוסים של האותות הקשורים לתנועה מדומיינת מסוימת, כמו הרמת היד או סיבוב פרק היד. כך הכוונה לזוז מתורגמת לתנועה של ממש ביד הרובוטית. בזכות הפיתוח האישה הרימה את היד לתת כיף, אחזה אובייקטים והזיזה אותם ואפילו האכילה את עצמה שוקולד. שלוש שנים לאחר מכן, במסגרת ניסוי של מחלקת ההגנה האמריקאית, היא חוברה לסימולטור ושלטה ישירות על מטוס F-35, ללא שימוש בג'ויסטיק.

 

 

במאי 2015 דווח בכתב העת Science כי אלקטרודות שהושתלו במוחו של גבר המשותק מהצוואר מטה אפשרו לו להניע יד רובוטית בצורה מדויקת וחלקה ולהגשים חלום: לשתות בירה ללא עזרה. מדענים מקליפורניה השתילו במטופל שני שבבים בחלק של המוח ששולט על הכוונה לבצע תנועה - הקורטקס הפריאטלי האחורי (PPC). האלקטרודות בשבבים מקבלות אותות מנוירונים בהתאם למחשבות ומצד שני מחוברות למחשב המשתמש באלגוריתמים כדי לזהות את הדפוסים של האותות הקשורים לתנועה מדומיינת. כך התאפשר למטופל להניע יד רובוטית בצורה שוטפת ומדויקת, רק באמצעות כך שדמיין את מה שרצה לעשות - לאחוז עצמים, לשחק 'אבן-נייר-מספריים' ולשתות לבד. כאמור, במחקרים קודמים הושתלו במוחם של אנשים משותקים אלקטרודות שסייעו להם לשלוט באמצעים חיצוניים, אבל אלה הושתלו בקורטקס המוטורי – אזור השולט באופן ישיר בתנועות הגוף. למרות שמטופלים שעברו את הפרוצדורה הצליחו לשלוט ביד רובוטית, התנועה שלהם הייתה מעוכבת וקופצנית, מאחר שהמטופל צריך לחשוב באופן נפרד על כל חלק בתנועה – לדוגמה, כדי להרים משהו צריך לחשוב להזיז את היד למטה, לפתוח את היד, לסגור יד מסביב לעצם ולהרים יד. השתלת האלקטרודות בחלק במוח ששולט בכוונה לזוז – כפי שנעשה לראשונה במחקר זה – אפשרה תנועה טבעית וחלקה יותר.

 

 

מחקרים הראו שבשיטה דומה ניתן להפעיל לא רק עזרים חיצוניים כמו כיסא גלגלים או יד רובוטות, אלא גם איברי גוף. במחקר מרתק שפורסם ב-2014 בכתב העת Nature Communications קוף השתמש במחשבותיו כדי להזיז יד של קוף אחר. החוקרים מאוניברסיטאות הרווארד וקורנל ביקשו לדמות שיתוק מלא – כאשר המוח מנותק לגמרי מהשרירים. השימוש במוח של קוף אחד ושרירים של אחר אפשר לדמות נתק מוחלט. הם נתנו לקוף "המאסטר" לתרגל משימה בה הוא מזיז סמן על מסך מחשב באמצעות ג'ויסטיק כדי לפגוע במטרות ותיעדו את פעילות המוח שלו כדי לפענח אילו אותות מתרגמים להזזת הג'ויסטיק. במקביל, הם השתילו אלקטרודות בחוט השדרה של קוף אחר - המכונה "אווטאר" - ובחנו אילו מניפולציות באלקטרודות הביאו לתנועות בידו. בניסוי עצמו החוקרים השתמשו באלקטרודות כדי לחבר בין המוח של המאסטר למחשב שפענח את האותות העצביים והעביר בהתאם אותות באמצעות אלקטרודות לחוט השדרה של האווטאר. את המאסטר החוקרים שמו לפני מסך מחשב שהראה את אותו סמן שנע בין שתי מטרות. האווטאר היה תחת הרדמה מלאה במתחם נפרד והיד שלו נקשרה ברצועות לג'ויסטיק שהזיז את הסמן על המסך מולו ישב המאסטר. כאשר המאסטר חשב על הזזת הסמן, אותות המוח שלו פוענחו על ידי המחשב כדי לקבוע על איזו משתי המטרות הוא חשב, והמידע הועבר בזמן אמת לחוט השדרה של האווטאר מחוסר ההכרה, שידו הזיזה את הג'ויסטיק בהתאם. זוג הקופים פגע במטרה ברוב המוחלט של הניסיונות. החוקרים הסבירו כי המטרה היא בסופו של דבר לטפל באנשים משותקים באמצעות החדרת שבב אלקטרוני זעיר שיתעד את הפעילות המוחית מאחורי הכוונה לתנועה ולחברו לשבב נוסף בחוט השדרה, מתחת למקום הפגיעה, שיגרה תנועת גפיים. כך כאשר המטופלים ידמיינו או יתכננו תנועה, הגפיים המשותקות שלהם יבצעו אותה בהתאם.

 

באפריל 2016 דווח בכתב העת Nature על צעיר אמריקאי המשותק מהחזה ומטה בעקבות תאונת צלילה, שהיה לאדם הראשון בו הושתלה טכנולוגיה ששולחת אותות מהמוח לשרירים ומאפשרת תנועה לא של יד רובוטית, אלא של חלק מהגוף עצמו – במקרה הזה כף היד. מדענים מאוניברסיטת מדינת אוהיו שפיתחו את המערכת ערכו לצעיר סריקת fMRI של המוח בזמן שהוא חיקה תנועות של הזזת יד שראה בסרטון. זה אפשר לזהות את האזור הספציפי בקורטקס המוטורי (האזור במוח ששולט בתנועה) הקשור לאותן תנועות של היד. לאחר מכן הוא עבר ניתוח בו הושתל במוחו שבב גמיש שמזהה דפוסים של פעילות חשמלית שנוצרים כאשר הצעיר חושב על הזזת ידו, ומעביר את המידע באמצעות כבל למחשב. באמצעות אלגוריתמים ממוחשבים האותות מתרגמים למסרים חשמליים המועברים לשרוול גמיש העוטף את הזרוע הימנית שלו ומעורר את השרירים שלו. הצעיר פתח וסגר לראשונה את כף ידו זמן קצר לאחר הניתוח ועם הזמן המשיך לשפר את תנועותיו עד שהצליח לבצע פעולות יומיומיות כמו לשתות קפה. כיום כל זאת נעשה כשהוא במעבדה, מחובר למערכת המסורבלת. המטרה הבאה היא להפוך את המיתקן לאלחוטי וקומפקטי, כך שניתן יהיה להשתמש בו בחיי היום-יום.

 

 

2. שימוש בתאי גזע ליצירת חוט שדרה

 

המחקר בתאי גזע עובריים מתקדם בקצב מסחרר, וחוקרים רבים מציגים בשנים האחרונות הישגים ביצירת איברים תוך שימוש בתכונות החלוקה הייחודיות לתאי גזע עובריים - תאים המסוגלים להתמיין ולהפוך כמעט לכל איבר בגוף.

 

בגיליון דצמבר 2014 של כתב העת Stem Cell reports מדענים מאוניברסיטת דרזדן בגרמניה דיווחו על הישג נוסף כשהצליחו לגדל במעבדה חוט שדרה שלם מתאי גזע עובריים שמקורם בעכברים. מדובר באתגר גדול במיוחד, מאחר שחוט שדרה מכיל מערכות סבוכות של תאי עצבים המחוברות מצד אחד למוח ומהצד השני לעמוד השדרה. המדענים השתמשו בסוג מיוחד של תאי גזע עובריים הקרוי Self-Directed Morphogenesis המאפשר את צמיחתם לכדי מבנים תלת ממדיים בטכניקה ייחודית ליצירת רקמות אנושיות סבוכות. הם נעזרו גם במערכות פיגום ייחודיות המהוות מצע גידול לתאי הגזע, מספקות להם מזון ומכוונות אותם לחלוקה מסוימת. התאים צמחו תחילה למבנה המצוי בעוברים המכוון את יצירתו של חוט השדרה וקרוי 'מיתר השדרה' ובהמשך התפתחו לכדי חוט שדרה מלא. התגלית עשויה בעתיד להוות בסיס לטיפולים פורצי דרך עבור נפגעי חוט שדרה.

 

3. השתלת תאי הרחה

 

מזה שנים רבות מדענים יודעים כי לתאי חוש ריח המכונים olfactory ensheathing cells) OEC) יש את היכולת הייחודית לתמוך בצמיחת סיבי עצב (אקסונים) ולכן פוטנציאל להועיל לשיקום חוט שדרה פגוע.

 

מחקר שפורסם ב-2012 בכתב העת Brain בחן את היעילות של השתלת התאים בכלבים עם פגיעות חוט שדרה שהותירו אותם ללא יכולת להשתמש ברגליים האחוריות וללא תחושה באזור. לקבוצה אחת של כלבים הוזרקו לאזור הפגוע תאי OEC מהציפוי הפנימי של אפם, לאחר שגודלו במשך מספר שבועות במעבדה. לקבוצה אחרת הוזרק רק הנוזל בו התאים גודלו, ללא תאים. בקבוצת הכלבים שקיבלו תאי OEC היה שיפור משמעותי - כלבים רבים היו מסוגלים להזיז את הרגליים המשותקות, ללכת על הליכון בתמיכה של רתמה והצליחו לתאם את תנועות הרגליים האחוריות עם הרגליים הקדמיות הבריאות. כלב אחד אף חזר ללכת ללא סיוע של רתמה. בקבוצת הכלבים שהושתל בהם הנוזל ללא התאים לא נצפה שיפור.

 

 

בשנת 2014 דווח בהרחבה סיפורו של כבאי בולגרי בן 40, שהותקף עם סכין שפילח את חוט השדרה שלו והוביל לפגיעה שלמה שהותירה אותו ללא תחושה או יכולת תנועה מאזור הפגיעה בחזה ומטה. בפרוצדורה שהוגדרה כ"פורצת דרך", עליה דווח בכתב העת Cell Transplantation, חוקרים מפולין ובריטניה הזריקו לחוט השדרה של הכבאי תאים שנלקחו מפקעת הריח - אזור במוח המעורב בפענוח אותות ריח המגיעים מהאף. התאים גודלו במעבדה ואז תאי OEC יחד עם תאים נוספים מסוג ONF הוזרקו מעל ומתחת לפגיעה. כדי לחבר מחדש את הגדמים של חוט השדרה שנותקו כמעט לחלוטין עקב הפגיעה, החוקרים השתילו בחוט השדרה שתל המורכב מרצועות קטנות של עצבים שנלקחו מעצב ברגלו. שתל זה שימש כ"פיגומים" עליהם יכלו התאים לגדול. לאחר הניתוח הכבאי קיבל במשך תקופה ארוכה טיפולים פיזיותרפיים אינטנסיביים. 19 חודשים לאחר הניתוח הוא זכה לחזרה חלקית של תנועות רצוניות קלות ועלייה בשריר בירך שמאל, יחד עם שיפור בתחושה וביציבות. הוא גם הצליח לצעוד צעדים קטנים בעזרת הליכון מיוחד ואפילו לנהוג.

 

 

המחקר ביסס עיקרון חשוב: סיבי עצב יכולים לגדול חזרה ולהחזיר את התפקוד. בעוד שטכניקות קודמות הצליחו "לנתב מחדש" אותות עצביים מסביב לחלק הפגוע של חוט השדרה, זוהי הפעם הראשונה בה הנזק לחוט השדרה הפגוע תוקן באופן ישיר. החוקרים פועלים להרחיב את המחקר למטופלים נוספים.

 

4. גירוי חשמלי לא פולשני

 

אסטרטגיה חדשה לטיפול בפגיעות חוט שדרה שמניבה תוצאות מבטיחות היא גירוי חשמלי. ב-2014 דווח כי ארבעה מטופלים עם פגיעה שלמה בחוט השדרה בעקבותיה לא היו מסוגלים להזיז את הגפיים התחתונות, הצליחו להזיז את רגליהם באופן רצוני באמצעות גירוי חשמלי. בגברים הושתל בניתוח סטימולטור אפידורלי, השולח זרם חשמלי מתמשך לחלק התחתון של חוט השדרה, באופן שמחקה את האותות הרגילים שהמוח מעביר כדי להפעיל תנועה.

 

 

התפתחות משמעותית בתחום דווחה שנה לאחר מכן על ידי צוות חוקרים בינלאומי בכתב העת Neurotrauma, כשחמישה גברים עם שיתוק מוטורי שלם הצליחו לעשות תנועות של צעדים ברגליהם באופן רצוני, בזכות גירוי חשמלי של חוט השדרה שהועבר לראשונה באופן לא פולשני וללא כאבים. האלקטרודות לא הושתלו במטופלים בניתוח והושארו בגופם, אלא הונחו על עורם בגב התחתון באופן זמני. הגברים עברו סדרה של טיפולים באורך 45 דקות פעם בשבוע, במשך כ-18 שבועות. בעודם מקבלים את הגירוי החשמלי, הם קיבלו הוראות בנקודות שונות לנסות להזיז את רגליהם או להישאר פסיביים. הרגליים של המטופלים הוחזקו בתומכנים שנתלו מהתקרה, שאפשרו להן לנוע בחופשיות ללא התנגדות של כוח הכבידה. בנוסף הם עברו בכל מפגש מספר דקות של התניה, במסגרתן רגליהם הוזזו באופן ידני בדפוס דומה להליכה. בארבעת השבועות האחרונים הם קיבלו גם את התרופה בוספירון, שמחקה את הפעולה של המוליך העצבי סרוטונין והצליחה במחקרים לעודד תנועה בעכברים עם פגיעות בחוט השדרה.

 

בתחילת המחקר הרגליים של המטופלים זזו רק כאשר הגירוי החשמלי היה חזק מספיק כדי ליצור תנועה לא רצונית. עם זאת, כאשר המטופלים ניסו להזיז את רגליהם רחוק יותר בעודם מקבלים גירוי חשמלי, טווח התנועה שלהם עלה באופן משמעותי. לאחר ארבעה שבועות של טיפולי גירוי חשמלי ואימון גופני, הגברים הצליחו להכפיל את טווח התנועה שלהם כאשר הם הזיזו באופן רצוני את רגליהם בעודם מקבלים את הגירוי החשמלי. החוקרים מאמינים כי השינוי נבע מהיכולת של הגירוי החשמלי לעורר מחדש קשרים דומיננטיים שהיו קיימים בין המוח וחוט השדרה של המטופלים לפני הפגיעה. באופן מפתיע, לאחר הוספת הבוספירון, הגברים הצליחו להזיז את רגליהם ללא גירוי חשמלי בכלל, כאשר טווח התנועה שלהם היה בממוצע אותו טווח תנועה שהיה להם כאשר הם זזו באופן רצוני בזמן שקיבלו גירוי חשמלי. לדברי החוקרים זה נראה כאילו הם הצליחו להעיר רשתות עצביות מסוימות באופן כזה שברגע שהאדם למד איך להשתמש באותן רשתות, הוא כבר לא היה תלוי בגירוי החשמלי.

 

 

כמובן שתנועות רגליים בתנאים שכאלה אינן ברות השוואה להליכה, אך התוצאות מצביעות על התקדמות משמעותית לקראת פיתוח טיפולים חדשים. החוקרים כבר התחילו מחקר חדש שבוחן אם ניתן לאמן את אותם גברים לשאת את משקלם בזכות טיפול גירוי חשמלי לא פולשני של חוט השדרה, כפי שהצליחו לעשות ארבעת הגברים בהם הושתלו אלקטרודות לגירוי אפידורלי בשנה שעברה. בנוסף, הם יבדקו אם גירוי חשמלי לא פולשני יכול לעזור לאנשים לזכות בחזרה בכמה תפקודים אוטונומיים שאבדו בעקבות הפגיעה, כמו היכולת לשלוט על שלפוחית השתן, המעי והתפקוד המיני. החוקרים מבקשים גם לבחון את הטיפול באנשים עם שיתוק חלקי. הם מסבירים כי הם התמקדו עד כה באנשים עם שיתוק מלא מכיוון שזו אוכלוסיית המטופלים בה הכי קשה להוביל לשינויים. הם מאמינים כי באלו עם פגיעות לא שלמות יהיה אפילו מקום נרחב יותר לשיפור.

 

 5. שתל אלסטי לחוט השדרה 

 

 

 

שתלים אלקטרוניים הם אחד הכיוונים שנבדקים כיום לסייע לנפגעי חוט שדרה לקבל חזרה יכולות תנועה ותחושה. שתלי חוט שדרה אלקטרוניים שפותחו בעבר לא סיפקו את הסחורה, מכיוון שהם קשיחים ולא גמישים, בעוד שהרקמה החיה בה הם מושתלים היא רכה וגמישה. כאשר הרקמות זזות או נמתחות הן מתחככות בשתל הנוקשה והחיכוך המתמיד הזה יוצר דלקת, רקמת צלקת ודחייה של השתל.

 

ב-2015 דווח על שתל חדשני, העשוי מחומר אלסטי ולכן מצליח להשתלב עם חוט השדרה ולזוז עמו, וכך מאפשר להתגבר על בעיות שנמצאו בשתלים קודמים. השתל אלקטרוני המכונה e-Dura שפותח על ידי מדענים שוויצרים הוא רך ונמתח, ויש לו מבנה ואלסטיות דומים לשל הקרום החיצוני המכסה את מערכת העצבים המרכזית המכונה דורה. השתל מיועד להשתלה בניתוח מתחת לשכבת הדורה בחוט השדרה ופועל באמצעות שליחת אותות חשמליים ואותות כימיים.

 

במחקר שפורסם בכתב העת Science Magazine, המדענים בדקו את השתל בחולדות. בשלב הראשון הם השוו את התפקוד של השתל הרך לתפקוד של שתלים קשיחים רגילים. כל סוג של שתל הושתל בחלק התחתון של חוט השדרה של חולדות בריאות. במשך שישה שבועות החוקרים בדקו את התנועות של החולדות ומצאו כי אלו שהושתלו בהן שתלים רכים יכלו לזוז ולהתנהג כרגיל, בעוד שאלו עם השתלים הקשיחים התחילו לסבול מבעיות ביכולת התנועה שהלכו והחמירו ככל שהזמן עבר. כאשר הם בחנו את חוט השדרה של החולדות לאחר שהשתלים הוסרו, החוקרים מצאו כי בחולדות שהושתלו בהן שתלים קשיחים הייתה דלקת משמעותית ועיוותים בחוט השדרה, בעוד שבחולדות עם שתלים רכים לא נמצאו תופעות כאלו. בשלב הבא הם בחנו אם השתל החדש יכול לשחזר יכולת תנועה בחולדות עם פגיעה בחוט השדרה שהובילה לשיתוק קבוע של שתי רגליים האחוריות. דרך השתל שהושתל בחולדות הועברו אותות חשמליים וטיפול תרופתי. החוקרים דיווחו כי השילוב של הגירוי החשמלי והכימי דרך השתל אפשר לחולדות המשותקות להזיז את שתי הרגליים האחוריות ואפילו ללכת.

 

 

יש עוד דרך ארוכה עד שהפיתוחים הללו יהיו זמינים למטופלים עם פגיעות חוט שדרה מחוץ למסגרת מחקרית, אך ההתקדמות מספקת תקווה רבה לאלה שמחכים לקבל את עצמאותם בחזרה.

 

 

עדכון אחרון: מאי 2016

קישור:
הקלד כתובת לסרטון יוטיוב: