麻痺に対する電極療法のゆっくりだが有望な進歩

約10年前、ロブ・サマーズという名の25歳のオレゴン州在住の男性が、飲酒運転で胸から下が麻痺してから6年後に再び歩き、トレッドミルで歩行できるようになった。ポピュラーサイエンス誌が2011年に報じたところによると、サマーズ氏は実験的な電気機器を受け取った最初の麻痺患者の1人だった。この刺激装置により、2年間の訓練で歩行能力が回復した。

研究者らは、患者の腰に電極アレイを設置すると、脊髄の回路が活性化され、運動機能が修復されることを発見した。針のようなインプラントが、背骨に沿った特定の場所に直接電気を送る。しかし、なぜこうしたパルスが歩行能力を回復させるのかは、神経学上の謎である。脊髄損傷は、四肢と脳の接続を遮断し、場合によっては手足を動かせない状態にすることがある。刺激が機能するためには、脊髄自体の神経系内の細胞が、電気信号を処理できるように再編成されなければならない、とこれらの試験を主導する科学者らは仮説を立てている。医師らがその方法と理由を正確に突き止めることができれば、より多くの種類の麻痺にこの治療法を適用でき、将来的には損傷した細胞を再生することさえ可能になるかもしれない。

神経科学のギャップ

近年、臨床医らは脊椎インプラントの試験を続けており、場合によっては刺激装置の設計を改良している。11月9日にネイチャー誌に発表された研究は、脊椎にどのような変化が起こるかについての手がかりを提供している。国際的な科学者チームがマウスを検査して発見したように、電極からの信号は脊髄周囲の神経にある特定の種類のニューロンを刺激することができる。彼らは、これらのニューロンは通常、げっ歯類が歩くのを助けるのに必要ではなく、細胞が歩行のために活性化するのは電気刺激治療の後だけだと指摘している。この研究ではまた、細胞活動を測定するためにPETスキャンで脊椎を画像化した慢性麻痺患者9名で刺激装置が歩行を回復させたことも確認された。

これらの細胞を特定することは、「脊髄がどのように運動を制御しているかをより深く理解するための重要なステップ」であり、この治療法が「重度の脊髄損傷後の歩行機能を改善する」仕組みについて語る。ウィーン医科大学の教授で、人体の運動制御の仕組みを研究しているが、今回の報告には関わっていないウルスラ・ホフステッター氏は、「将​​来的には、これらのニューロンを標的とする薬の開発にもつながるかもしれない」と付け加えた。

活性化した細胞とそれらが発現する遺伝子をマッピングすることで（マウスモデルの場合、研究者らはニューロン内の Vsx2 と呼ばれる遺伝子を特定した）、脊髄が損傷後に細胞ネットワークを再編成する仕組みを科学者に示すことができる。これが、サマーズ氏や今回の研究で 9 人の患者が歩行できたのを助けた硬膜外電気刺激法の原理である（「硬膜外」とは脊髄と背骨の間の空間を指し、麻酔科医が分娩中の患者に麻酔薬を投与する場所として最もよく知られている）。

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この刺激を受けた患者の脊髄神経系には、珍しいパターンが見られる。刺激装置を切っても動きが改善することがあるのだ。さらに、脊髄ネットワークの細胞活動レベル全体が低下しているようだ、とスイス連邦工科大学のポスドク科学者で研究著者のジョーダン・スクエア氏は言う。基本的に脊髄は「より効率的」になっており、リハビリ開始時とは異なり、動きを生み出すために大量の細胞を活性化する必要がなくなった、と彼は言う。

スクワイア氏と彼の同僚は、どのニューロンが最終的に主導権を握るのかを調査することになった。カリフォルニア大学アーバイン校の神経外科医マイケル・オー氏は、脊髄損傷後、健康な回路が乱れると話す。この研究で特定された活性化細胞は、感覚を司るニューロンと運動を司るニューロンの間の仲介者であり、混乱を解消して発火回路を合理化していると考えられる。

スクエア氏は、こうした種類のニューロンは歩行以外の機能も制御していると考えている。今回の研究と同じ著者の多くが2021年にネイチャー誌に発表した論文では、硬膜外電気刺激が麻痺患者の血圧調節に役立つことが示された。

症例研究では、硬膜外電気刺激療法は非常に効果的で、重度の脊髄損傷を負った人々の回復は「以前は不可能と考えられていた」レベルに達したとホフステッター氏は言う。

刺激装置には何が含まれているか

ネイチャー誌の最近の研究で取り上げられた6人の患者を含め、ほとんどのケースでは、埋め込まれた電極アレイは、もともと神経障害性疼痛の治療用に設計された機械を再利用したものである。しかし、この報告書の3人は、オンワード・メディカル社が商業開発中で、スクエア社も傘下のスイス企業ニューロリストア社の研究に基づいた実験的な装置を使用していた。

この装置は麻痺患者の機能回復を助けるために作られたため、スクエア氏によると、この刺激装置は従来のインプラントよりも早く感覚を回復できるという。「動かしたい筋肉を動かすには、脊髄の正しい箇所を狙う必要があります」とスクエア氏。「もともと痛みを緩和するために設計されたリード線では、これができません」。刺激装置は、歩行パターンに合わせてタイミングを合わせた信号を送るようにプログラムすることもできる。

ホフステッター氏も、痛みの緩和を目的としたインプラントと比べると、これは「より洗練された、ハイエンドの技術」によるインプラントであることに同意している。しかし、同氏は、「このようなレベルの技術的複雑さが従来のデバイスよりも優れているかどうかを具体的に調査した研究はない」と指摘する。

装置が何であれ（この種の脊髄刺激装置を開発している企業は6社ほどあるとオー氏は指摘する）、その効果はスイッチを入れるようなものではない。ネイチャー誌の報告にあるように、慢性麻痺の患者が歩けるようになるには、1週間に最大5回、1～3時間のセッションで5か月の理学療法が必要だった。機能の回復には、特定の動作の訓練も必要になるかもしれない。

「車椅子から降りて自力で歩けるようになるのは奇跡です」とオー氏は言う。今回の研究では、参加者 9 人全員が歩行できたが、自力で歩ける人もいれば、介助が必要な人もいた。しかし、この刺激は麻痺の万能薬ではないとオー氏は指摘する。走ったり、踊ったり、蹴ったりする能力を回復することはできないのだ。

参加者全員が刺激に対して同じように反応するわけではない。また、脊髄刺激装置を広く見れば、長期の痛み緩和のために外科的に埋め込まれるこの装置は、時折患者に害を及ぼすことがある。AP通信の調査によると、2008年から2018年までに8万件の事例が食品医薬品局に報告されていた。

麻痺治療の未来

神経外科医や科学者は、刺激装置が実験環境で示した結果を賞賛しているが、過去 10 年間、このインプラントへのアクセスは、小規模な試験への参加に限られているのが一般的だ。ホフステッター氏は、脊髄損傷で電気刺激装置を使用している人は、世界中で 50 人未満だと推定している。しかし、脊髄損傷のほとんどの人は、脊椎の下部、つまり腰部の神経ネットワークが損なわれていない限り、助けられる可能性があると彼女は考えている。概念実証研究と、麻痺や運動障害を抱えて生活している何千人もの人々のギャップを埋めるには、さらなる研究が必要だと彼女は言う。

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スイスの研究者が主導するSTIMOと呼ばれる小規模な臨床試験が進行中で、ネイチャー誌の研究に参加した9人の被験者がその臨床試験に参加している。しかし、FDAや他の規制当局がこれらのデバイスを実験環境以外で使用することを許可するには、より大規模な試験が必要になるだろう。「重要な臨床試験が必要です。それが必要な最初のステップです」とスクエア氏は言う。

麻痺のある患者の中には、歩行以外の機能、例えば排便、腕、性器の制御などにも刺激を受けたいと言う人もいる。現在行われている研究には膀胱を標的とした刺激があり、その他の研究では手の機能改善を目的とした上部脊椎に関する研究もある。再び歩けるようになるのはほんの始まりに過ぎないかもしれないが、その前にはさらなる謎が残っている。この運動機能が回復する正確な方法は依然として謎のままだ。このニューロン研究のおかげで、ターゲットは見つかったが、そのメカニズムはまだわかっていないとオー氏は言う。