Kasaysayan ng pananaliksik ng SCI

Mula sa sinaunang Ehipto hanggang sa kasalukuyan: Pagsasaliksik ukol sa SCI

Sa halos buong panahon ng kasaysayan ng siyensya at medisina, ang spinal cord injury at paralysis ay itinuring na hindi maaayos at hindi magagamot. Kahit sa panahon pa ng sinaunang Ehipto, pinaniwalaan ng mga doktor na wala silang magagawa para matulungan ang taong may pinsala sa gulugod. Kahit na lumalim ang ating pag-unawa sa nervous system at sa paggana nito sa paglipas ng mga taon, nagpatuloy ang paniniwala na ang mga nerbiyo sa central nervous system (CNS, ibig sabihin, ang utak at ang gulugod) ay sadyang hindi na makakatubong muli kapag napinsala ito.

Noong nakalipas lang sa humigit-kumulang 35 taon nahinto ang paniniwala rito. Matagal nang kaalaman na ang mga napinsalang peripheral na nerbiyo, iyong mga nasa katawan, ay kayang mag-regenerate at pwedeng mapanumbalik sa ganap nitong kakayahan. Pinag-isipan ng mga siyentipiko kung ano ang espesyal sa environment ng mga peripheral na nerbiyo.

Noong mga taong 1980, naipakita ng mga eksperimento sa mga daga na napapatubong muli ng mga selula ng nervous system ang mga nerve fiber nito, o ang mga axon, habang nasa laboratoryo, ng katulad ng sa peripheral nervous system (PNS).

Bakit? Kasama sa dahilan ay ang paghahatid ng environment ng PNS ng ilang nutrient na gusto ng mga axon ng CNS, at dahil din ang environment ng CNS ay naglalaman ng mga molekula na aktibong kumokontra sa pag-aayos ng nerbiyo.

Nasimulang matukoy ng mga tagapagsaliksik ang mga eksaktong kondisyon ng molekula na humihimok sa mga axon na mag-regenerate sa katawang may-buhay. Natuklasan din nila ang mga salik na humahadlang sa mga axon ng CNS na muling tumubo. Noong huling bahagi ng mga taong 1980, ang kauna-unahan sa mga balakid na ito ay natukoy: ang malalakas na protinang humahadlang sa pagre-regenerate na ginagawa ng myelin sheath na bumabalot sa mga nerbiyo ng central nervous system. Kung tatanggalin ang mga humahadlang na protina, nakakatubo nang husto ang mga axon.

Ang natuklasang ito ay nakapagdulot ng panibagong pag-asa sa isang larangang itinuring na walang lunas, at napasimulan nito ang panibagong yugto ng pagsasaliksik sa buong aspekto ng biyolohiya ng gulugod.

Neuroprotection

Mga taong 1990: Napag-alaman ng mga siyentipiko na ang trauma sa gulugod ay nagaganap bilang mahabang hilera ng pinsala.

Una ay ang puwersa na pumipinsala sa cord, kasunod ng magkakasunod na pinsala sa selulang nauugnay sa pamamaga at kaligaligan ng mga kemikal sa dako ng lesion. Isang gamot, ang steriod, ay naaprubahan para sa malubha o acute SCI; ito ay naganap noong 1990.

Sa Kasalukuyan: Patuloy ang pagsisikap upang makagawa ng epektibong paggagamot sa matinding trauma sa gulugod, nang may mas mahusay na pag-unawa sa environment ng molekula pagkatapos ng injury, pati na rin ang mga bagong nadiskubre tungkol sa papel ng glia, presyon ng dugo at reaksyon ng immunity.

Napakaraming klinikal na pagsubok ang isinasagawa upang subukan ang mga gamot, pagpapalamig (cooling), o mga therapy para sa selula na nakapagpagkitang nakakabawas ng pinsala sa nerbiyo at nakakapreserba ng kakayahan, sa mga pag-aaral sa hayop.

Pagpapaunlad sa pagtubo ng axon

Mga taong 1990: Nagsimulang gamutin ng mga siyentipiko ang trauma ng nerbiyo gamit ang mga substance na direktang nagpaunlad sa pagtubo ng axon, o humarang sa mga molekulang pumipigil sa pagtubo. Naging matagumpay ang mga estratehiyang ito sa pagbuhay sa mga napinsalang indibidwal na neuron at, sa mga hayop, humantong din ito sa bahagyang panunumbalik ng kakayahan ng gulugod.

Sa Kasalukuyan: Patuloy na binabago ng mga siyentipiko ang environment ng CNS para gawin itong mas kaaya-aya sa mga tumutubong neuron. May natukoy na ilang intrinsic na molekula na nagpapaunlad o pumipigil sa pagtubo, at nakatukoy din ng ang ilang molekulang nagpapaunlad ng pagtubo at patuloy na sumasailalim sa pagsubok.

Naipakita ng isang kapana-panabik na yugto ng pagsasaliksik na ang mismong napinsalang axon ay walang taglay na kakayahang tumugon nang husto sa pinsala. Sa pag-unawa sa mga henetikong code ng katawan na kaugnay ng paglaki ng embryo, na-reboot ng mga siyentipiko ang pagtugon ng katawan sa pinsala, samakatuwid, napaging posible ang pagtubo ng axon. Bagama’t mahalagang pagpapaunlad ito, ang aspektong ito ay nangangailangan pa ng mas maraming pag-aaral.

Hindi sapat ang muling patubuin ang napinsalang axon upang mapanumbalik ang kakayahan ng neuron. Kailangan ding mabigyan ng sustansya at suportahan ang tumutubong axon, at pagkatapos ay ikonekta sa isang target na pinanggagalingan ng makabuluhang kakayahan, at hindi pananakit o spasticity.

Pagpapahusay sa mabilis na pagtubo (compensatory growth)

Mga taong 1990: Napansin ng mga siyentipiko na ang mga paggagamot na dinisenyo upang ayusin ang mga napinsalang axon ay nakatulong din sa mga nakapaligid na malulusog na neuron na tumubo at sumuporta sa mga nanunumbalik na selula.

Sa Kasalukuyan: Nagsisikap ang mga tagapagsaliksik na iangkop ang prosesong ito upang muling mabuo ang napinsala ngunit kumpletong mga network ng neuron, lalo na sa mga taong may mga di-ganap (incomplete) na spinal cord injury — sa mga mayroon pang mga di-napinsalang mga nerbiyo na maaaring mahimok na humalinhin sa mga napinsala.

Plasticity

Mga taong 1990: Hanggang sa maagang bahagi ng ika-21 Siglo, ang batayang paniniwala ay iisang pangkat lang ng “mga wire” ang nervous system, na nabubuo sa pag-develop ng tao, at pagkatapos ay nananatiling static habang-buhay.

Sa Kasalukuyan: Alam na ng mga siyentipiko ngayon na hindi hardwired o hindi naiaangkop ang utak; sa katunayan, gumagawa ito ng mga panibagong selula ng nerbiyo sa pagtanda. At, may mga paraang manipulahin at mas pabutihin ang pagtubo ng neuron. Ang pinsala ay nagreresulta sa malakihan at muling pagmamapa ng nerbiyo para makaangkop sa pagkakagambala sa senyales. Plastic ang mga circuit ng gulugod, ibig sabihin, maaaring turuan ang mga ito na humalinhin sa mga napinsalang dako. Ang mga simpleng therapy na tulad ng intermittent hypoxia o pisikal na pag-eehersiyso ay mukhang sumusuporta sa pagsibol ng ilang nerbiyong kaugnay ng kakayahang gumalaw.

Pinag-aaralan ng mga siyentipiko ang iba’t ibang therapy gamit ang kagamitang maaaring magpahusay sa neurogenesis at plasticity. May ebidensya na kahit ang mismong kabatiran ay maaaring makaapekto sa plasticity na kaugnay ng memorya at katalusan. Matindi ang pananabik tungkol sa paggamit ng elektrikal na stimulasyon ng utak o gulugod upang mapahusay ang kakayahang gumalaw, sa pamamagitan ng dagdag na plasticity.

Hindi pa ganap na nauunawaan ang maliit na circuit ng gulugod ngunit nangangako itong magreresulta sa mas tiyak na therapy na makakahimok sa pag-aayos at sa plasticity, na angkop sa mga espesipikong pangangailangan ng mga indibidwal na may paralysis.

Mga selulang Glial

Mga taong 1990: Nagsisimula pa lang maunawaan ng mga siyentipiko na ang mga astrocyte at oligodendrocyte ay hindi static o passive na pampuno lang ng espasyo sa nervous system.

Sa Kasalukuyan: Ang papel ng mga tumutulong na selulang ito sa nervous system ay patuloy na nasisiwalat. Ngayon, nalalaman nang napakahalaga ng papel na ginagampanan ng mga astrocyte sa pagtugon sa nervous system injury — ang positibo ay ang pangangalaga sa mga neuron, at ang negatibo ay ang paglikha ng mga peklat na nagsasara sa dako ng injury.

Ang mga oligodendrocyte ay susi sa pamumuo ng myelin, ang insulasyon sa mga axon ng nerbiyo na nagpapahintulot na bumilis ang mga electrochemical na senyales. Ang kawalan ng myelin (ang kapansin-pansing tampok ng multiple sclerosis) ay mukhang nagagamot sa pamamagitan ng mga therapy sa selula.

Pagpigil sa pamumuo ng peklat

Mga taong 1990: Ang scar tissue sa dako ng spinal cord injury ay nagsisilbing pisikal at kemikal na hadlang sa pag-aayos. Noong mga taong 1990, tinukoy ng mga tagapagsaliksik ang ilan sa mga nakakahadlang na senyales ng molekula sa pagtubo na may-kaugnayan sa scar tissue at nagsimulang humanap ng mga paraang madaig ang mga humahadlang na messenger na iyon.

Sa Kasalukuyan: Sinusubukan ng mga tagapagsaliksik ang mga enzyme na tumutunaw sa scar at nagpapahintulot sa mga nerbiyo na tawirin ang harang. Sa mga pag-aaral sa laboratoryo, nanumbalik ang kakayahan ng mga hayop pagkatapos bigyan ng mga scar-busting na gamot. Nakaplano na ang mga pagsubok sa mga tao kapag naisaayos na ang mga teknikal na detalye.

Mga artipisyal na tulay

Mga taong 1990: Kailangan ng mga axon ng matatag na pundasyong matutubuan. Hindi nila kayang abutin ang pisikal na espasyo sa dako ng lesion sa gulugod nang walang tulong. Noong mga taong 1990, nagsimulang subukin ng mga tagapagsaliksik ang mga nainhinyerong materyal na makakatulong sa mga neuron na tumawid sa mga puwang na ito. Napag-alaman din nila na may ilang na-transplant na selula na makakapagdutong sa mga ito. Ang pagta-transplant ng mga sumusuportang selula, gaya ng mga selulang Schwann at olfactory ensheathing glia (OEG) na kinuha mula sa katawan ng isang pinag-aaralang hayop ay nakapagpakita ng malaking potensyal.

Sa Kasalukuyan: Nakagawa ang mga tagapagsiyasat ng mga synthetic na polymer scaffold at mga organic substance (gaya ng fish fibrins) bilang pampuno ng puwang na pamalit sa mga buhay na selula.

Ang mga scaffold na ito ay nagbibigay ng pisikal na suporta para sa mga nabubuhay na selula ngunit pwede ring isama sa mga molekulang nagpapaunlad ng pagtubo, o kahit pa stem cells, para masuportahan ang panunumbalik ng kakayahan.

Nagsisikap ang mga tagapagsaliksik na mas madagdagan ang tagumpay sa pagta-transplant ng mga espesyal na selula. Nakahikayat ng mga klinikal na pagsubok ang mga eksperimento sa hayop. Ang pag-transplant sa mga selulang Schwann at OEG ay nakaabot na sa mga pagsubok sa tao, gayundin ang ilang uri ng stem cell. Ine-enroll ng ilang mga pagsubok ang mga taong may matagalang injury na totoong nakakapagbigay-pag-asa.

Stem cells

Mga taong 1990: Natutunan ng mga siyentipiko kung paano ibukod ang stem cells ng tao at nagsimulang i-transplant ang mga selulang ito sa mga hayop upang subukang muling buuin ang napinsalang circuit ng neuron. Umasa sila na makakapag-migrate ang mga undifferentiated cell (mga selulang hindi pa tukoy) sa kung saan kinakailangan, at mag-iba upang maging mga nawawalang uri ng selula. Pinag-usapan ito nang husto at pinuri ng publiko ang stem cells bilang “toolbox ng kalikasan” na makakapag-ayos ng anumang problema sa katawan.

Sa kasamaang-palad, maraming tao ang naakit sa mga klinika sa ibang bansa na nagpapalaganap ng hiwaga ng stem cell nang walang sapat na siyentipiko at klinikal na ebidensya upang masuportahan ang mga pahayag.

Sa Kasalukuyan: Dahan-dahang natatanto ang napakagandang pag-asang taglay ng stem cells. May ilang isinasagawang klinikal na pagsubok upang masubukan ang mga selulang ito para sa iba’t ibang kondisyon, kabilang ang spinal cord injury – acute at chronic.

Nakatuklas ang mga siyentipiko ng stem cell ng mga bagong uri ng selula, kasama rito ang induced pluripotent cells (iPSC), na isang selulang mula sa katawan, sa balat halimbawa, na pwedeng i-program upang magkaroon ng mas primitibong kalagayan. Malaki ang pagkakatulad ng mga iPSC sa undifferentiated stem cells at walang mga etikal na isyung kaugnay ng mga selula ng embryo.

Muling pagdidisenyo ng rehabilitasyon

Mga taong 1990: Nagsisimula pa lang maunawaan ng larangan ng SCI na ang rehabilitasyon ay higit pa sa pag-aalok ng mga makakatulong na aparato at kasangkapan. Napatunayan ang kahalagahan ng physical therapy sa rehabilitasyon ng spinal cord injury, na maipapatungkol sa mga pag-aaral sa hayop at sa tao na nakapagpakita na ang paulit-ulit at may istrakturing rutina sa paghakbang ay makakahikayat sa ibabang gulugod (mas mababa sa dako ng injury) na “matuto” kung paano kontrolin ang paggalaw nang walang mensahe na mula sa utak.

Napag-alaman din ng mga siyentipiko na nadagdagan ng mga therapy na batay sa aktibidad ang produksyon ng katawan ng mga senyales ng molekula na sumusuporta sa pagtubo ng axon at pagkabuhay ng neuron.

Sa Kasalukuyan: Ang masiglang pag-eehersisyo ay naging pamantayang bahagi ng rehabilitasyon. Naunawaan ng mga siyentipiko na ang ilang uri ng may pattern o sinusundang aktibidad ay nakakagising sa mga tulog na circuit ng nerbiyo sa gulugod, at nakakapagpasimula ng bahagyang paggana.

Ito ang batayan ng neurorecovery na kaugnay ng pagsasanay ng locomotor — paghakbang sa gumagalaw na treadmill nang may tulong. Para mas paghusayin pa ito, nagdagdag ang mga tagapagsaliksik ng stimulasyon sa gulugod para sa aktibidad. Sa mas kaunting bilang ng mga pasyente, ang stimulasyon sa gulugod ay nakapagresulta sa hindi pa nasasaksikhang panunumbalik ng kakayahan; at, ang stimulasyon ay nagbibigay ng iba pang benepisyo sa kakayahan ng puso, pantog, at sa pakikipagtalik. Mas marami nang isinasagawang pagsubok sa mga tao.

Pagsisiyasat sa limitasyon ng henetiko

Mga taong 1990: Sinimulang pag-aralan ng mga siyentipiko ang saligan ng henetiko sa kung paano nabubuo ang utak at ang gulugod.

Sa Kasalukuyan: Mas nauunawaan na ng mga siyentipiko ngayon ang developmental biology at ang mga espesipikong genes na kasama sa mga blueprint upang mabuo ang ating mga nervous system bago tayo ipanganak.

Ngayon, naniniwala na ang mga siyentipiko na posibleng i-switch on ang mga gene target upang masuportahan ang pagtubo ng nerbiyo sa isang malaki nang hayop. Gamit ang sopistikadong pamamaraan sa micro-array screening, at datos mula sa pag-aanalisa ng daga at tao, mas nauunawaan na natin ngayon ang mga henetikong code ng katawan para sa aktibidad at gawi ng selula na may-kaugnayan sa pagre-regenerate ng axon.

Iba pang makabagong ideya sa pagsasaliksik na hindi umiiral noong nakaraang 25 taon

Kombinasyon ng mga therapy: Malamang na walang iisang therapy ang makakapagbigay ng lunas para sa spinal cord injury. Sa halip, maaaring kailanganin ang kombinasyon ng mga therapy, sa paglipas ng panahon.

Brain-machine interface: Sa nakalipas na humigit-kumulang sampung taon, nagamit ng mga bioengineer ang mga brain wave ng mga hayop, pati na rin ng mga tao, upang makontrol ang mga computer.

Halimbawa, ang rhesus na unggoy, gamit lang ang kaniyang isip, ay tiyak na napagalaw ang paralisadong kamay ng ka-partner na unggoy. Isang quadriplegic na babae, gamit lang ang kaniyang isipan, ay nakapagmaneho ng simulator ng fighter jet. Isang quadriplegic na lalaki, noong idinirekta ang pag-iisip sa isang prosthetic na braso, ay nakasunggab ng baso ng beer at nainom ito. Napakabilis ng pagsulong sa aspektong ito sa napakaraming lab.

Mga bagong tools o kagamitan: Ngayon, may mga paraan na ang mga siyentipiko upang maobserbahan ang paggana ng nerbiyo sa mga buhay na hayop. Ang bagong kagamitan, kabilang ang optogenetics, ay nakakapagbukas at nakakapagpatay ng mga indibidwal na selula sa pamamagitan ng ilaw. Mayroon na ring mga bagong pamamaraan ng pagmamanipula o pag-e-edit pa nga ng mga henetikong code.

Big Data: Kasaling-kasali na ang larangan ng SCI ang bioinformatics. Ang pag-aanalisa ng tinatawag na Big Data ay nagbibigay-daan sa mga tagapagsaliksik na magmina ng napakaraming datos ng pagsasaliksik para sa mga modelo at detalye sa antas na hindi posible noon. Dagdag pa rito, napakalaki na ng nagawa ng larangang ito upang maisapamantayan ang paraan ng pag-eeksperimento upang mapabilis ang mga tuklas at upang mabawasan ang pag-uulit.

Mga Sukatan: Upang masubukan ang bisa ng isang therapy, nakapag-isip ang mga tagapagsaliksik ng mga tiyak na paraan upang tuloy-tuloy at tiyak na masukat ang anumang mga pagbabago sa paggana. Kasama dito ang serye ng mga pagsusuri sa kakayahan ng kamay at daliri para sa anumang therapy na nakatuon sa cervical injury. Napakahalaga ng mga naaangkop at sensitibong sukat ng mga resulta sa pagpaplano at pagpapatupad, at sa kalaunan, sa tagumpay ng mga klinikal na pagsubok.