Tecnologie per tornare a camminare

Tornare a camminare dopo una paralisi causata da una lesione del midollo spinale, la porzione del sistema nervoso centrale che si trova all’interno della colonna vertebrale, è stato per decenni considerato un obiettivo quasi irraggiungibile. Oggi, però, i progressi della neurologia e dell’ingegneria biomedica stanno cambiando questo scenario. Negli ultimi anni sono nate tecnologie capaci non solo di muovere passivamente gli arti, ma di ripristinare un controllo volontario e sempre più naturale del movimento, aprendo prospettive concrete per le persone con lesioni del midollo spinale.

Per capire come funzionano queste tecnologie dobbiamo prima vedere come funziona il sistema motorio sotto controllo del sistema nervoso centrale. Il cervello, e in particolare l’area della corteccia motoria, genera impulsi elettrici che, condotti lungo il midollo spinale, attivano specifici neuroni in grado di controllare i movimenti dei muscoli degli arti superiori e inferiori. I neuroni responsabili del movimento degli arti superiori sono localizzati soprattutto nella parte cervicale della colonna, mentre quelli che controllano gli arti inferiori sono localizzati soprattutto nella regione lombare. Quando si verifica una lesione midollare completa, la connessione tra cervello e muscoli si interrompe. I neuroni motori che controllano i movimenti degli arti possono anche rimanere intatti, ma restano isolati: non ricevono più i comandi provenienti dal cervello. Il risultato è la paralisi: si parla di paraplegia quando la lesione del midollo spinale è bassa e sono coinvolte solo le gambe, e di tetraplegia quando la lesione è più alta e interessa anche le braccia. Nelle lesioni incomplete, invece, alcune connessioni nervose del midollo spinale sopravvivono, ma spesso non bastano a produrre movimenti efficaci.

Alcune tra le strategie più promettenti per rimettere in piedi un paziente con paraplegia si basano su due tecnologie principali:

• la stimolazione elettrica epidurale (EES): viene impiantata una sottile griglia di elettrodi nello spazio epidurale, cioè sopra la membrana che riveste il midollo spinale, in corrispondenza delle radici dei nervi coinvolti nel movimento delle gambe. Gli impulsi elettrici erogati da un dispositivo esterno possono riattivare i circuiti nervosi residui, rendendoli nuovamente capaci di ricevere comandi, di rispondere ai segnali volontari e agli stimoli sensoriali provenienti dal resto del corpo. È una tecnologia che viene sfruttata principalmente nelle lesioni incomplete, ma che può essere integrata con tecnologie di interfaccia tra il cervello e la colonna vertebrale anche per il trattamento delle lesioni complete;
• l’interfaccia cervello-colonna vertebrale (ICC): spesso descritta come una sorta di ponte digitale, si tratta di un sistema nel quale alcuni elettrodi, posizionati a livello cerebrale, registrano l’attività della corteccia motoria quando la persona pensa o immagina di camminare. Un algoritmo interpreta in tempo reale questi segnali e li trasforma in istruzioni per uno stimolatore impiantato a livello spinale, che attiva i gruppi muscolari corretti al momento giusto. In questo modo il passo può diventare più fluido, adattabile e vicino al movimento naturale.

Tra i casi di successo dell’utilizzo di questa tecnica vi è quello di Gert-Jan Oskam, un paziente paraplegico con tetraplegia parziale. Grazie a questa tecnologia nel 2023 è riuscito a tornare a camminare, salire le scale e superare ostacoli complessi, dopo 12 anni dall’incidente in bici che gli aveva causato la paralisi.

Un’innovazione più recente riguarda la gestione della spasticità, cioè le contrazioni muscolari involontarie che colpiscono circa il 70% delle persone con lesione midollare parziale e che limitano l’impiego di tecnologie di neurostimolazione midollare. Nuovi protocolli di stimolazione ad alta frequenza, sviluppati in Italia da un gruppo di ricercatori dell’IRCCS San Raffaele, della Scuola superiore Sant’Anna di Pisa e del Politecnico di Losanna, guidati da Silvestro Micera, hanno mostrato la loro efficacia nell’aiutare a ridurre tali spasmi, creando condizioni più favorevoli per il recupero del cammino.

Un’informazione importante arriva da alcuni ricercatori di base del Politecnico di Losanna, coordinati da Jocelyne Bloch, Jordan W. Squair e Grégoire Courtine, che hanno identificato specifiche popolazioni di neuroni spinali, tra cui i neuroni Vsx2, fondamentali nel recupero dopo una lesione. Queste cellule sembrano agire come vere e proprie coordinatrici del recupero del movimento, aiutando il sistema nervoso a costruire nuove strategie per camminare. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Nature nel 2022.

Uno studio clinico chiamato STIMO, sempre dal Politecnico di Losanna e guidato da Jocelyne Bloch, Grégoire Courtine e da Fabien Wagner, ha mostrato come la stimolazione epidurale associata a una riabilitazione intensiva possa consentire il recupero del cammino anche in persone con paralisi grave. Gli autori hanno concluso che la combinazione tra l’uso della tecnologia e l’allenamento ripetuto da parte dei pazienti permette ai circuiti nervosi residui di riattivarsi e riorganizzarsi.

Uno degli aspetti emersi è che la tecnologia, da sola, non basta. Il recupero dipende dall’integrazione con una riabilitazione altamente personalizzata, in base alle capacità residue dei pazienti. In alcuni casi, dopo mesi di utilizzo, il miglioramento persiste anche quando il dispositivo è spento. Ciò suggerisce che il sistema nervoso non si limita a usare la tecnologia, ma sotto il suo stimolo può in parte modificarsi grazie alla neuroplasticità, rafforzando le connessioni superstiti e creandone di nuove. Il risultato è particolarmente rilevante, poiché indica che queste tecnologie possono favorire non solo una compensazione, ma un vero recupero neurologico.

La ricerca si sta muovendo in 3 direzioni principali. La prima è la miniaturizzazione, con dispositivi sempre più piccoli, meno invasivi e più semplici da utilizzare anche a domicilio. La seconda è l’estensione delle funzioni, con applicazioni già in studio per il recupero di braccia e mani, ma anche per il controllo di altre funzioni muscolari sotto controllo nervoso, come quelle della minzione (vescica) e dei movimenti intestinali. La terza è l’accessibilità, cioè la trasformazione di questi prototipi sperimentali in terapie standard disponibili su larga scala e a costi sostenibili.

Siamo ancora nelle fasi iniziali di queste innovazioni, dove il confine tra biologia, ingegneria e tecnologie è sempre più sottile. Grazie anche al sostegno europeo al progetto ReverseParalysis, per molte persone con lesione midollare queste innovazioni potrebbero rappresentare in un futuro non così lontano la possibilità concreta di recuperare autonomia, movimento e una migliore qualità di vita.