A quattro anni dalla prima pubblicazione di un lavoro scientifico con i dati raccolti nel laboratorio Spinal di Udine

2009 Giuliano Taccola all'apertura dello Spinal Lab di Udine

2009 Giuliano Taccola all’apertura dello Spinal Lab di Udine

A quattro anni dalla prima pubblicazione di un lavoro scientifico con i dati raccolti nel laboratorio Spinal di Udine, Giuliano Taccola fa il punto sul lavoro di ricerca del laboratorio e sulla organizzazione che ha dato del gruppo di ricerca.“Preferisco che ciascuno (dottorandi, borsisti post laurea e laureandi) segua un proprio progetto, è una questione importante anche perché in questo modo il lavoro può restituire più soddisfazione e offrire maggiore capacità di gestione autonoma del proprio studio. Spinal vuole formare giovani scienziati che si appassionino allo studio della fisiopatologia del midollo spinale ed in futuro possano trovare nuove e valide soluzioni. Lavorare con responsabilità li aiuta a crescere in questa prospettiva.

2015 il gruppo dello Spinal Lab. di Udine

2015 il gruppo dello Spinal Lab. di Udine

Tutti i progetti confluiscono nel grande capitolo che il lab. Spinal di Udine si è proposto di affrontare cioè metodi e strategie per sfruttare il Central Pattern Generator dopo una lesione spinale per riattivare le reti neuronali sottolesionali e limitare il danno funzionale. Il lavoro è focalizzato nello studio dei meccanismi che sostengono un’eventuale recupero dopo una lesione spinale utilizzando preparazioni biologiche in vitro. Questi modelli di studio permettono di estrapolare gli elementi di base del funzionamento del midollo spinale, ad oggi, ancora in gran parte sconosciuti. Infatti, il motore della locomozione nel midollo spinale, una complessa rete di neuroni chiamata Central Pattern Generator, in molte lesioni anche croniche si trova disconnesso dagli input volontari e per questo rimane “addormentato, in stand by”: si tratta quindi di utilizzare ciò che rimane, le informazioni che sono ancora contenute nel CPG per cercare di riattivarne almeno in parte le funzioni. Cerchiamo di trovare le strategie per accedere alle informazioni residue poste a livello lombare con le quali non è più possibile dialogare perché l’integrità delle fibre può essere stata compromessa. Si sta affermando il concetto che le diverse modalità con cui possiamo stimolare il CPG dopo la lesione spinale in realtà possano avere un valore sinergico, quindi se combinati possano avere un effetto superiore alle singole modalità di accesso. Le modalità sono la stimolazione elettrica del midollo spinale o delle afferenze periferiche e la stimolazione farmacologica, ovvero la somministrazione di farmaci. Si tratta di studiare meglio che significato hanno le sostanze endogene del Sistema Nervoso Centrale a livello del CPG e quindi quali poter applicare dall’esterno per aumentare la funzionalità del network. La terza importante strategia di intervento riguarda la stimolazione maccanica, ovvero la riabilitazione: la mobilitazione assistita del passo può rieducare il CPG a fare quello che faceva prima della lesione spinale? a risvegliarsi? Tutto questo lavoro si svolge nella convinzione che il recupero del programma locomotorio può restituire benefici alla persona con lesione, anche se sappiamo che la locomozione è qualcosa di più complesso del semplice muovere le gambe in maniera alternata. La locomozione in un ambiente reale prevede soprattutto il mantenimento della stazione eretta, il recupero dei sistemi di compenso istantaneo, automatico dopo lo sbilanciamento e tutta un’altra serie di situazioni dinamiche. Se riusciamo però a capire come riattivare il network per la locomozione probabilmente siamo già a metà strada, avremmo infatti imparato un linguaggio da estendere anche a tutti gli altri network del midollo spinale che hanno subito una simile disconnessione dopo una lesione spinale. La nostra è una modalità per cercare di capire come le cellule del midollo spinale parlino tra loro, come fluisca l’informazione e come si organizzino per elaborare un segnale ritmico in uscita. Noi ci concentriamo sul network locomotorio ma abbiamo la consapevolezza che non basta far funzionare quei neuroni per camminare e non basta camminare per arginare la disabilità di una lesione spinale. E’ vero che più riusciamo a capire come riattivare una funzione dopo una lesione spinale tanto più potremmo ragionevolmente sperare, per esempio, di ottenere e recuperare altri tipi di funzioni: viscerali, autonomiche… compromesse da una lesione.Ovviamente ci deve essere tutta una comunità scientifica intorno che affronta il problema da diversi punti di vista e condivide le proprie osservazioni. Ecco perchè è importante comunicare i risultati ottenuti pubblicando su riviste scientifiche, partecipando, quando possibile, a meetings e congressi ma anche mantenere questo blog per informare gli interessati che stiamo lavorando in stretta relazione a molti altri scienziati che si muovono in questo campo. Qui il nostro lavoro sfuma, mentre vorremmo passare il testimone a qualcuno nel mondo che ha responsabilità cliniche per verificare la reale applicabilità terapeutica delle nostre osservazioni. Questo è però il passaggio più delicato (chiamato traslazione) e su cui si concentrano, al momento, le maggiori attenzioni mondiali tanto da individuare la necessità di formare un nuovo profilo di scienziati a ponte tra le scienze di base e la medicina e che abbiano le competenze per scovare nella ricerca di base ciò che potrebbe esserci di utile per la terapia. Ho l’impressione che ogni giorno al mondo, in questa ipotetica staffetta, troppo spesso, il testimone cada vanificando gli sforzi della ricerca di base e limitando la possibilità di introdurre nuove cure. Riassumendo: da un punto di vista scientifico le tre modalità di stimolazione del CPG sono quelle su cui ci muoviamo attualmente e ognuno dei progetti che si stanno seguendo in laboratorio ha una particolare specificità in questo contesto. Dal punto di vista organizzativo, il mio ruolo in questi anni è stato quello di proporre alcune mie idee che ho già preliminarmente testato come fattibili ed interessanti con dei miei esperimenti. Quindi affidare queste mie ‘creature’ agli studenti e coordinarli e supervisionarli nel lavoro sperimentale e nell’analisi. E’ bello vedere come le idee iniziali vengano arricchite dai loro esperimenti e dall’apporto critico personale degli studenti. Molte poi sono le occasioni in cui le persone lavorano insieme e mettiamo insieme le esperienze dei singoli progetti per valutare un eventuale effetto additivo, sinergico delle scoperte di ciascuno.

Una nuova strategia contro le lesioni spinali

Francesco Dose

Francesco Dose, dottorando SISSA, primo autore dello studio

 

Giuliano Taccola, ricercatore SISSA e coordinatore dello studio

Una tecnica multi-sito e a bassa frequenza per stimolare i neuroni

15 luglio 2015

Pazienti, medici e ricercatori guardano con grande speranza all’elettrostimolazione epidurale, una metodologia medica che potrebbe alleviare la condizione delle persone affette da paralisi da lesione spinale. La tecnica è ancora relativamente rudimentale, ma grazie alla ricerca è in continuo miglioramento. Un gruppo di scienziati (anche della SISSA), che ha pubblicato una ricerca sulla rivista di riferimento in questo settore, Spinal Cord (del gruppo Nature), propone un nuovo approccio metodologico, basato sulla distribuzione della stimolazione e la modulazione della frequenza degli impulsi elettrici, che ha dato buoni risultati nei test in vitro. L’elettrostimolazione epidurale è una metodologia medica che già da qualche anno viene utilizzata per aiutare i pazienti colpiti da paralisi a seguito di una lesione spinale. Consiste nell’impianto di elettrodi in prossimità delle radici dei nervi dorsali (che portano il segnale “sensoriale” in entrata) del midollo spinale al di sotto del livello del trauma e nell’applicazione di stimoli elettrici di varia intensità e frequenza. Questa tecnica, che produce o facilita la produzione di pattern di attivazione nei nervi motori (ventrali, in uscita) ha mostrato risultati promettenti e gli scienziati sperano che un giorno possa aiutare le persone paralizzate per esempio a stare in piedi in equilibrio e muovere qualche passo, oltre che a ripristinare il controllo degli sfinteri e la funzione sessuale. C’é ancora molta strada prima di raggiungere questo scopo, e per questo la comunità scientifica sta moltiplicando gli sforzi per migliorare questa metodologia. “Finora la maggior parte della ricerca si è concentrata sui materiali e sulla tecnologia dei dispositivi. Il nostro lavoro invece si focalizza sulla natura e la qualità del segnale elettrico che viene erogato dagli elettrodi”, spiega Giuliano Taccola, ricercatore della Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA) di Trieste che ha coordinato lo studio. “La domanda che tutti si pongono è la stessa: come fare per ottenere risposte locomotorie efficaci? Crediamo che in questo senso sia importante modulare meglio il segnale elettrico e individuare precisamente in quali punti debba venire applicato”. “Le tecniche attuali consistono nell’applicare un segnale ad alta frequenza in maniera generalizzata. In questo modo si ottiene una stimolazione ‘cumulativa’ e piuttosto indifferenziata di un gruppo di fibre nervose. Noi abbiamo invece adottato un approccio “multi-sito”: la stimolazione elettrica viene applicata in diversi punti del circuito”, spiega lo scienziato. In questo studio Giuliano Taccola e colleghi hanno lavorato con dei circuiti neuronali spinali preparati in vitro. Questo ha permesso di controllare in maniera molto fine i siti di stimolazione, oltre che registrare le risposte del network con grande precisione. “L’altra novità introdotta nel nostro studio è l’uso di stimolazione a bassa frequenza”. La combinazione di questi due fattori (frequenza del segnale e siti multipli) ha prodotto pattern di risposta locomotoria molto efficienti. “Con questo lavoro abbiamo definito una nuova strategia di stimolazione del midollo spinale per l’attivazione dei neuroni motori che potrebbe essere importata anche in molti degli attuali elettrostimolatori utilizzati in clinica”. Il primo autore dello studio, svolto in collaborazione con il laboratorio SPINAL presso l’Istituto di Medicina Fisica e Riabilitazione (IMFR) dell’Ospedale Gervasutta di Udine (dove sono stati raccolti i dati sperimentali) e della Università Cattolica di Lovanio in Belgio, è Francesco Dose, un giovane dottorando della SISSA.

LINK UTILI: • Link all’articolo originale su Spinal Cord: http://goo.gl/DUr1Wg

Crediti: SISSA Contatti: Ufficio stampa: pressoffice@sissa.it Tel: (+39) 040 3787644 | (+39) 366-¡©-3677586 via Bonomea, 265 34136 Trieste