Bezdrátová mícha

Vědci vyvíjejí neobvyklý způsob, jak vrátit pohyb lidem po úrazu páteře

Lékař a vědec Aleš Hejčl ukazuje na obrazovce počítače snímek páteře, která po úrazu podivně uhýbá do strany, teprve o pár obratlů dál se vrací zpět do původního směru. Mícha se na první pohled zdá být v pořádku, ve skutečnosti je však zhmožděná, oteklá, poškozená tak, že nervová spojení v ní už nemohou přenášet signály z mozku k centrům pohybu. Pacient se pravděpodobně nebude už nikdy normálně hýbat a Hejčl cítí v podobných případech bezmoc: ačkoli je neurochirurg, soustředit se může jen na nápravu a stabilizaci páteře. „S míchou neděláme nic,“ říká nespokojeně a připomíná, že jen v Česku si míchu poraní zhruba 200–300 lidí každý rok. Celosvětově je to až půl milionu případů ročně.
Opravit ji, obnovit v ní nervová spojení lékařská věda zatím neumí a s výjimkou několika vzácných klinických studií se o to u lidí ani nepokouší. O to fantastičtěji vypadá výzkum uskutečněný ve Švýcarsku a publikovaný loni na podzim v časopise Nature. Kromě jisté naděje pro paralyzované přináší také údiv, kam dospělo propojování živého organismu a stroje.

Stiskem tlačítka Ovládání pohybu bez přímého nervového spojení, pouhou silou myšlenky, je častým námětem sci-filiteratury. Figuruje třeba ve slavné novele Arthura Clarka Setkání s medúzou z roku 1971 či ve starším příběhu Poula Andersona Říkejte mi Joe, jímž se nejspíš inspirovali tvůrci filmu Avatar. Námět je vždy podobný: paralyzovaný, chůze neschopný člověk ovládá svým mozkem stroj, případně uměle vytvořené tělo.
K naplnění této vize se přiblížili například vědci z Pittsburské univerzity v USA, kteří v roce 2012 pomocí magnetické rezonance zmapovali, které oblasti mozku řídí pohyb ruky, a poté do nich zavedli mikroskopické elektrody schopné odečíst nervové signály a předat je počítači. Dvaapadesátileté pacientce jménem Jan Scheuermann ochrnuté od krku dolů tak propůjčili schopnost ovládat robotickou ruku: hýbala v duchu skutečnou paží a elektrody v její mozkové kůře přenášely pohyb na mechanickou končetinu umístěnou na podstavci vedle jejího vozíku.
Poměrně přirozeně, v podstatě běžnou rychlostí tak dokázala uchopit předmět a obrátit jej vzhůru nohama nebo si vložit do úst čokoládu. „Hýbu věcmi. Deset let jsem ničím nepohnula,“ líčila tehdy usměvavá žena své pocity médiím.
Experiment ovšem probíhal v laboratoři, za asistence týmu techniků a působil i trochu děsivě – nejen kvůli mechanické ruce, ale také proto, že pacientce vycházely z temene dva svazky kabelů. Už tehdy se mluvilo o tom, že by to mělo jít elegantněji, bezdrátově, a že by příjemcem signálů nemusel být robot, ale sám postižený člověk. A opatrně se začala zmiňovat možnost pomoci takto lidem po úrazu míchy.
K něčemu takovému je zatím velmi daleko, loňský rok byl však díky zmíněnému výzkumu průlomový. Článek doprovází pozoruhodné video, na němž kráčí v laboratoři na pohyblivém chodníku makak; téměř neznatelně kulhá, jinak se zdá být v pořádku. Náhle pravá zadní noha znehybní, opice se začne pohybovat s největšími obtížemi, po třech. Stačilo stisknout vypínač a vyřadit z provozu zařízení, které bezdrátově přenáší signály z mozku zvířete do implantátů v bederní oblasti. Makak s poškozenou míchou tak ihned naplno pocítí následky zranění, kvůli němuž nemůže hýbat pravou zadní nohou.
„Byl jsem velmi skeptický. Nevěřil jsem, že to bude fungovat, rozhodně ne tak dobře,“ říká do telefonu bioinženýr Marco Capogrosso ze Švýcarského federálního technologického institutu (EPFL). Šéf týmu úspěchem myslí hlavně to, že po opětovném „stisknutí tlačítka“ a zapnutí bezdrátového mostu mezi mozkem a bederní částí míchy může zvíře okamžitě pokračovat normální chůzí.

Víc než sada kabelů „Metoda může fungovat i v případech, kdy byla přerušena úplně všechna nervová spojení v míše,“ komentuje na stránkách Nature výzkum optimisticky neurovědec Andrew Jackson z Newcastleské univerzity.
Technologii bezdrátového mostu piloval švýcarský tým mnoho let, jenže na potkanech. Primáti, třeba právě opice a lidé, však řídí pohyb dost odlišně – a právě odtud pramenila Capogrossova skepse. „Máme více mozkových struktur, takových, jaké u potkanů nejsou,“ říká původem italský vědec. Přitom šlo právě o to, jak z motorické kůry mozku odečíst úmysl udělat krok, pak signály dekódovat a přenést do bederní oblasti míchy.
Proč právě sem? „Lidé se obvykle domnívají, že mícha je pouhou sadou kabelů, které vedou z mozku ke svalům. Než jsem zahájil tenhle výzkum, myslel jsem si to také. To je ale omyl: nervová síť, která řídí pohyb končetin, je právě v míše,“ vysvětluje Capogrosso. Zranění ji oddělí od mozku, takže nedostává žádné signály. „Ty buňky však nejsou mrtvé. Jen s nimi nikdo nekomunikuje.“
Obnovit komunikaci se vědci pokoušejí po desetiletí nejrůznějšími metodami, z nichž většina nemá s elektronikou ani softwarem nic společného. Čistě biologický výzkum, jak lidem s poškozenou míchou pomoci, získal velký impulz v devadesátých letech minulého století, kdy se ukázalo, že v těle existují kmenové buňky – schopné změnit se na buňky poškozeného orgánu a tím jej opravit. „Byla to nová naděje,“ vzpomíná Aleš Hejčl. „Vypadalo to, že lékaři je píchnou do míchy a ony budou tvořit nové neurony. Postupně se ale ukázalo, že to není tak jednoduché,“ vysvětluje neurochirurg nemocnice v Ústí nad Labem, který v pražském Ústavu experimentální medicíny AV ČR zkoumá jinou metodu – biomateriály, takzvané hydrogely, které lze vložit do zraněné míchy, a protože jsou porézní, vytvoří systém kanálků, jimiž mohou přerušené nervy opětovně prorůstat a propojovat se.
Biologické metody dokážou mírně zlepšit stav potkanů, což ale neznamená, že budou fungovat také u lidí. Jestli pacientům pomáhají, nevíme – například u kmenových buněk podle Aleše Hejčla klinické studie zatím ověřovaly jen bezpečnost metody, hlavně to, zda implantované buňky nevytvářejí zhoubné nádory. V tomto ohledu můžeme být zřejmě klidní, první pacienti jsou sledováni už deset let a rakovina se neobjevila. Zázračné účinky však lékaři nepozorují a případné mírné zlepšení zůstává pohřbeno v chaosu dat, kdy do studií byli nabíráni pacienti s velmi odlišným druhem poranění. V této nejasné situaci přináší experiment švýcarského týmu něco úplně nového.

Přímější cesta „Vnímám jej jako přímější způsob. Překážek není málo, ale jestli je možné uspět, má tahle cesta možná větší šanci,“ připouští Aleš Hejčl, podle něhož si lze představit, že lékaři v budoucnu zvolí kombinaci obou metod. Může se například ukázat, že mícha regeneruje nejlépe tehdy, dostane-li se jí biologického léku kombinovaného s biomateriály – a zároveň pacient bude moci pohybovat nohama díky bezdrátovému mostu mezi mozkem a centry pohybu v míše.
Capogrossův experiment je ostatně i vyvrcholením dlouholetých snah, jak tato centra, která úraz oddělil od mozku, zvenčí probudit a přimět k činnosti. Už několik desítek roků se je vědci snaží stimulovat pomocí elektrod implantovaných do páteře nebo umístěných na kůži. Proud, který elektrody do organismu pouštějí, je však v tomto případě „hloupý“, neobsahuje žádné instrukce. Sice se některým paraplegikům podařilo vrátit schopnost do jisté míry hýbat nohama, k chůzi je však odtud velmi daleko.
Pro ni je totiž důležité zapojení mozku. A prvním, kdo jej zprostředkoval, byl právě tým z EPFL: elektrody v mozkové kůře makaka zaznamenaly příslušný signál, přes wi-fispojení jej vyslaly do implantátu v bederní páteři a ten podráždil zmíněné buňky v míše tak, aby přikázaly svalům udělat krok. Vědci díky tomu mohli nejen „zapnout“ a „vypnout“ opičí chůzi, dokázali také zlepšit pohyb pomocí přesnější modulace přenášených mozkových signálů. Dokonce byli úmysl zvířete přerušit odpočinek a pokračovat v chůzi – zaznamenat jej o zlomek vteřiny dřív, než to opice skutečně udělala.

Raději v Číně Kromě údivu nad možnostmi techniky tu ovšem lze pocítit i jisté zděšení, jak snadno může živý tvor začít fungovat „na dálkové ovládání“. Pominout nelze ani skutečnost, že částečné poranění míchy způsobili vědci opicím úmyslně ve chvíli, kdy měli aparaturu vyladěnou a kdy předávání signálů mezi mozkovým a bederním implantátem dobře rozuměli. Podle Marca Capogrossa to jinak nešlo, potkani se od primátů příliš liší, aby bylo možné experimentovat pouze s nimi a pak přejít rovnou na lidského pacienta. Obě poraněné opice se navíc po odstranění implantátu za několik měsíců uzdraví – jejich chůze sice nebude úplně normální, budou se však moci pohybovat samostatně a bez omezení. Organismus se naučí ovládat končetinu pomocí těch spojení mezi mozkem a míchou, která přerušena nebyla.
Uvnitř vědecké komunity se nicméně diskutuje o tom, zda není možné se bez primátů přece jen obejít. Důvodem nejsou ani tak ohledy na práva zvířat – z čistě z biologického pohledu není důvod si myslet, že potkan trpí méně než opice –, ale spíše sílící bariéry, které klade pokusům s primáty do cesty legislativa, veřejné mínění nebo i postoj většiny leteckých společností, které odmítají primáty pro výzkum přepravovat. Ostatně ačkoli švýcarský experiment vyhověl evropským etickým standardům, uskutečnil se v Číně, kde nehrozí protesty veřejnosti a přístup úřadů není tak přísný.
Ať už ale budou pokusy na opicích pokračovat, nebo se vědci pod tlakem veřejného mínění rozhodnou přejít od potkanů rovnou k lidem, jde o běh na dlouhou trať. Podle Marca Capogrossa potrvá pět až deset let, než technologie bezdrátového mostu dospěje natolik, aby mohla být vyzkoušena u člověka. I testy si pak vyžádají hodně času – a začnou, jen pokud se najde farmaceutická firma ochotná je převzít; pro univerzitní laboratoř je to příliš velké sousto. Tým zatím pracuje se dvěma pacienty a zkouší u nich pouze zmíněnou „hloupou“ stimulaci buněk v míše, nikoli mozkový implantát.
Problémů, na které může přemostění narazit, je mnoho. Není třeba jasné, jak dlouho budou elektrody v mozku fungovat. Tkáni se jejich přítomnost nelíbí, snaží se je „odhojit“ a vytváří kolem nich jizvu, což může vést ke zhoršenému předávání signálů. V médiích se sice objevily zprávy o pacientovi, který je má v mozkové kůře déle než pět let a pořád fungují, byť hůře než na začátku; mnozí lidé s přerušenou míchou je však budou potřebovat po desetiletí.
Další překážka může spočívat v tom, že se člověk na rozdíl od opice pohybuje vzpřímeně po zadních končetinách. To je mnohem náročnější na udržení rovnováhy a není jasné, zda to elektrický most dokáže vyřešit. „Lidem, jejichž mícha je poškozena velmi vážně, bude muset zřejmě pomáhat nějaké vnější podpůrné zařízení, exoskeleton,“ představuje si Marco Capogrosso. Takové systémy už existují – jeden používá přímo švýcarský tým při klinických experimentech se zmíněnými pacienty.
Ke Cameronově Avatarovi nebo jeho staršímu předobrazu Joeovi, kteří se mohou pohybovat v nepřátelském prostředí cizích planet, je tak ještě daleko. Že však systémy z dílen bioinženýrů jednou skutečně vrátí pohyb paralyzovaným lidem, se zdá být docela pravděpodobné. X WWW. RESPEKT. CZ/AUDIO PROČ MÍCHA PO ÚRAZU NEFUNGUJE, AČKOLI ZDÁNLIVĚ NENÍ PORUŠENÁ? JAKÝM VÝZVÁM ČELÍ NEUROCHIRURG? ROZHOVOR S ALEŠEM HEJČLEM ČTĚTE NA RESPEKT. CZ/ZKUMAVKA.

MARTIN UHLÍŘ
Respekt