从难落地到新希望，脊髓治疗成为可能

图片来源@视觉中国

文 | 陈根

脊髓损伤是脊柱损伤最严重的并发症，当损伤切断脊髓或破坏脊髓中的神经通路时，受损的神经纤维可能不再能够在大脑和肌肉之间传递信号，这种再生衰竭通常会导致严重和永久性的瘫痪。****更糟糕的是，这些轴突无法再生。

根据美国国家脊髓损伤统计中心的数据，美国目前有近30万人患有脊髓损伤。这些患者的生活可能异常艰难，只有不到3%的完全性脊髓损伤患者能够恢复基本的身体功能。大约30%的人在最初受伤后的任何一年里至少要重新住院一次，每个患者一生平均花费数百万美元的医疗费用。

并且，脊髓损伤患者的预期寿命明显低于没有脊髓损伤的人，而这自20世纪80年代以来就****一直没有改善。目前，针对脊髓损伤导致的瘫痪的治疗方法仍然有限，脊髓损伤的预防、治疗和康复依然是当今医学界的一大难题。

脊髓损伤的可治疗希望

脊髓和大脑是人类的中枢神经系统，大脑的任何指令都是通过脊髓传达到四肢的，同样，四肢对外界的感知也是通过脊髓传到大脑加以分析判定来做出反应。可以说，脊髓就相当于通讯系统中的电缆。脊髓的重要性也让脊髓成为**人体结构里面保护最严密的一个器官——深藏于人体背后的脊柱里。**

尽管如此，疾病和事故仍然可以导致脊髓损伤。简单来理解，脊髓损伤就是由于疾病和事故导致神经跟外界切断联系，使得脊髓损伤以下的部位任何感觉和运动都会消失。更糟糕的是，脊髓损伤往往是不可逆的。

早在一张公元前1700年的埃及医书上，脊髓损伤就被认为是不治之症。如今，4000年过去了，许多古老的疾病都在现代医学的高速发展下得到了医治，而脊髓损伤的治疗却至今没什么进展。面对脊髓损伤，人们能做的，可能只是用大剂量的激素减压，减少脊髓损伤的继发性损伤，帮助病人适应截瘫的生活。

究其原因，是因为通常来说，人体的很多组织器官，例如皮肤、骨头，一旦损伤以后它会激发机体形成一个适合再生的微环境，这会帮助人体进行皮肤修复、骨融合。比如，将人体的组织器官切除一小块放在显微镜下看，就会发现外面的外基质形成的骨架，主要是胶原蛋白这类支架，还有各种不同的组织细胞在空间里排布，另外还有很多可融性的、特定分布的，包括梯度分布的信号分子能帮助这些细胞生活生存。但是脊髓损伤以后，中枢神经系统却会形成一个抑制再生的微环境，干细胞也不能分化成神经元。

面对目前有限的针对脊髓损伤的治疗方法，科学家们一直在不断尝试新方法帮助患者重新站起来，其中一条治疗路径，就是开发出一种可应用的治疗性神经技术，来提高患者的行动能力。毕竟在大多数情况下，一些瘫痪患者的大脑和损伤后脊髓中的运动神经元之间仍然存在一些连接。虽然已经不能正常行走，但这些患者仍具备一些简单的移动能力。

一直以来，科学家们就希望通过神经电刺激，恢复这些患者的运动神经元信号连接，从而实现患者的行走康复。基于此，在腰骶脊髓上进行硬膜外电刺激（EES）成为被广泛研究的技术之一。

通常，EES是通过背根在脊髓入口处招募传入纤维，从而导致运动神经元的激活，这些运动神经元嵌入由这些纤维所在的根神经支配的脊髓节段中。因此，针对单个背根可以调节特定的运动神经元。

事实上，早在30年前，就有临床前和临床研究表明，硬膜外电刺激（ESS）可以恢复脊髓损伤患者的的行走能力。但这需要数名理疗师的协助，经过数月高强度训练才行，而且成功案例极其有限。如果将这些复杂的、罕见的案例转化为一种可普遍应用的治疗方法，是一个巨大的挑战。

并且，即便是刺激方法通过使用最初设计用于治疗疼痛的重新用途的神经技术，为患者的脊髓提供了持续的电刺激，但这些重新使用的电刺激装置无法刺激脊髓中与腿部和躯干运动相关的所有神经，也可能会限制所有运动功能的恢复。

时隔四年的EES技术更新

2018年，瑞士洛桑联邦理工学院 Grégoire Courtine 博士和洛桑大学医院神经外科医生 Jocelyne Bloch 就基于靶向神经技术，使用电刺激重新激活脊髓神经元，让三名慢性截瘫患者重新获得了行走的能力。

彼时，为了更好地通过电刺激增强剩余运动神经元与大脑之间的信号，研究人员首先对人体运动神经元进行了更深的研究，他们确定了人体常规运动，比如弯曲髋部或伸展踝部，所涉及的脊髓区域。然后，研究人员在 3 位患者体内植入电刺激器。这 3 位患者均发生了脊髓损伤，但腿部的运动损伤程度不同。由于确定了脊髓参与行走的部位，研究人员得以通过编程一系列电脉冲，在正确的时间和位置，对脊髓目标区域进行刺激。

事实上，这种外在的神经电刺激，本身并不会导致机体运动，电刺激更多的是增强了患者本身试图运动的神经信号。受试者们在 2 天后逐渐适应了电刺激的治疗，并在一周时就实现了运动设备辅助下一定程度的行走。

经过五个多月的康复训练和电刺激治疗，参与者的恢复效果得到了进一步提升。重要的是，即使在刺激治疗停止后，所有参与者仍保持肌肉运动的一些改善，两名参与者能够用拐杖独立行走，受伤最严重的受试者则****可以在躺下时移动先前瘫痪的腿。该研究以封面论文形式发表于 Nature 期刊。

现在，2022年2月8日，由同样的研究人员再次在国际顶尖医学期刊 Nature Medicine 发表了新 的研究论文。这一次，研究人员开发了由人工智能软件控制的个性化脊髓电刺激电极，在植入后通过电刺激激活躯干和腿部肌肉的脊髓区域，三名完全瘫痪的脊髓损伤患者，在接受治疗后几小时，就恢复了独立运动能力，能够站立、行走、骑自行车、游泳和控制躯干运动。

具体来看，研究人员开发出了一套由人工智能控制的个性化植入系统，称之为 STIMO-BSI 系统。这套系统包括一个结合高分辨率结构和功能成像的计算模型、电极以及能够快速支持装置特异性刺激神经元的软件。

其中，计算模型相当于拍片，为电极排布和手术植入位置提供指导，电极负责调控控制腿和躯干的位点，软件则可以用来调整和优化靶向背根的位置。软件与平板电脑整合在一起，用户可以通过平板电脑选择自己所需要的行动模式。随后，研究人员通过将嵌入电极的装置直接放置在脊髓背根部位，将电极与神经根对齐，从而刺激脊髓的下背部和尾骨。

此外，新研究中，衍生公司 Onward Medical 还将会改造电极，经改造的电极更长更宽，这样可以覆盖并激活更多更关键的神经元。现在，每个装置中都植入了 16 个电极，接下来团队还计划植入 32 个电极。事实上，与之前的研究相比，这种装置从根本上提高疗效的****核心就在于电极的排列和软件的结合。

值得一提的是，与先前数月训练才能恢复行走的EES方法相比，这种新技术能使3名表现出完全感觉运动麻痹的参与者仅在第一天就可以在跑步机上独立行走。再过1-3天后，步态优化，且3名参与者均能在多向体重支持系统的支持下在地面上独立行走，其中2名参与者甚至可以调节腿部运动的幅度。

根据EES恢复行走的原则，似乎也可以推广到其他运动类型。研究人员配置了特定于活动的刺激程序，使3名参与者能够用他们的腿在水中游泳或在电动自行车上主动踩踏板，甚至是深蹲和腿部推举。

在长达5个月的康复计划后，所有3名参与者逐渐恢复了完全的负重能力，在没有任何帮助的情况下可以进行6分钟的步行测试，其中一名甚至恢复了爬楼梯和复杂地形行走的能力。这些改进均与腿部和躯干肌肉质量的显着增加相吻合。

总得来说，在这项最新的研究中，研究人员****通过将控制腿部和上身行动的休眠脊髓神经与个性化定制的设备重新结合在一起。而这种可广泛应用的治疗性神经技术，无疑进一步提升了患者的行动能力。

脊髓治疗的临床之路

无论多么前沿的技术，只有真正用于临床，才会被赋予普适性的意义，从这一角度来看，虽然脊髓电刺激依然面临诸多障碍，但并非没有希望。

事实上，早在2015 年，FDA 就批准了 10KHz 高频脊髓刺激器用于治疗疼痛。当前，脊髓电刺激更是已在临床上广泛用于治疗疼痛等疾病，其有效性和安全性均得到多方验证。

对于此次研究成果，Grégoire Courtine表示，将会从最初的用途出发，然后在此基础上扩展其他疾病治疗领域。通过根据患者疾病和具体病情对刺激装置的通用模块进行调整，确定合适的脊髓靶向部位。Jocelyne Bloch 也表示，植入脊髓刺激物后，基于脊髓长度、神经位置和其他因素，对设备进行测试和调整。

Grégoire Courtine 还指出，下一步会在美国和欧洲推进大规模临床试验，验证这种脊髓刺激植入物是否能够成为一种可及性的治疗方式。研究人员最终的目标是建立一个电极库，这样可以供外科医生根据病人的脊髓损伤程度和长度等选择适合的电极。这样，针对不同的疾病，医生即可挑选合适的电极，即选即用。

当然，这项进展是瘫痪治疗进程中的重要里程碑，不过该研究真正走向临床还需要解决一系列问题。目前来看，这种植入物并不能治愈脊柱损伤，并且目前这项技术仍然过于复杂，无法在日常生活中常规使用，但患者可以利用它锻炼肌肉，练习走路，从而提高生活质量。在让瘫痪患者恢复行动能力的研究路上，这项技术也迈出了重要的一步。

直到如今，脊髓损伤还被人们称为“不死癌症”，但值得欣慰的是，虽然目前脊髓损伤的治疗方法有限，但是潜在的新型治疗方式层出不穷，包括新型注射疗法、干细胞治疗、脑机接口以及体内植入物的刺激疗法。瘫痪患者正迎更多治疗方案，或许让行动能力失而复得，就在不远的将来。

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