La stimolazione del midollo spinale è in grado di invertire la progressione dell’atrofia muscolare spinale

Un team di ricercatori della University of Pittsburgh School of Medicine ha pubblicato un lavoro su Nature Medicine nel quale hanno dimostrato che il potenziamento della comunicazione tra i nervi spinali e i muscoli mediante la stimolazione del midollo spinale inverte la progressione dell’atrofia muscolare spinale (SMA) e potrebbe essere applicato ad altre malattie dei motoneuroni, tra cui la SLA.

Si tratterebbe di un nuovo intervento minimamente invasivo e senza farmaci che prevede la stimolazione elettrica dei nervi spinali sensoriali per risvegliare gradualmente i neuroni motori funzionalmente silenti nel midollo spinale e migliorare la forza muscolare delle gambe e la deambulazione negli adulti affetti da SMA.

I primi risultati di uno studio clinico pilota su tre volontari umani affetti da SMA mostrano che un mese di sedute regolari di neurostimolazione ha migliorato la funzione dei motoneuroni, ridotto l’affaticamento e migliorato la forza e la deambulazione in tutti i partecipanti, indipendentemente dalla gravità dei sintomi. Lo studio è il primo a dimostrare che una neurotecnologia può essere progettata per invertire la degenerazione dei circuiti neurali e salvare la funzione cellulare in una malattia neurodegenerativa umana.

“Per contrastare la neurodegenerazione, abbiamo bisogno di due cose: fermare la morte dei neuroni e ripristinare la funzione dei neuroni sopravvissuti”, ha affermato il coautore corrispondente Marco Capogrosso, Ph.D., professore associato di neurochirurgia a Pittsburgh. “In questo studio abbiamo proposto un approccio per trattare la causa principale della disfunzione neurale, integrando i trattamenti neuroprotettivi esistenti con un nuovo approccio che inverte la disfunzione delle cellule nervose”.

La SMA è una malattia neurodegenerativa genetica che si manifesta con la morte progressiva e il declino funzionale dei motoneuroni, cellule nervose che controllano il movimento trasmettendo segnali dal cervello e dal midollo spinale ai muscoli. Nel tempo, la perdita dei motoneuroni causa una graduale debolezza muscolare e porta a una serie di deficit motori, tra cui, per i partecipanti a questa sperimentazione, difficoltà a camminare, salire le scale e alzarsi dalle sedie.

Sebbene non esista una cura per la SMA, nell’ultimo decennio sono diventati disponibili diversi promettenti trattamenti neuroprotettivi. Tra questi rientrano terapie di sostituzione genica e farmaci, entrambi i quali stimolano la produzione di proteine ​​di supporto ai motoneuroni che prevengono la morte neuronale e che rallentano, ma non invertono, la progressione della malattia.

Gli studi dimostrano che i deficit di movimento nella SMA emergono prima della morte diffusa dei motoneuroni, il che suggerisce che una disfunzione sottostante nel circuito dei nervi spinali potrebbe contribuire all’insorgenza della malattia e allo sviluppo dei sintomi. Secondo una precedente ricerca sui modelli animali di SMA condotta dal coautore dello studio George Mentis, Ph.D., presso la Columbia University, i motoneuroni sopravvissuti ricevono meno input di stimolazione dai nervi sensoriali, fibre che restituiscono le informazioni dalla pelle e dai muscoli al sistema nervoso centrale. Compensare questo deficit nel feedback neurale potrebbe, quindi, migliorare la comunicazione tra il sistema nervoso e i muscoli, aiutare il movimento muscolare e combattere l’atrofia muscolare.

I ricercatori di Pittsburgh hanno ipotizzato che una terapia di stimolazione elettrica epidurale mirata potrebbe essere utilizzata per salvare la funzione delle cellule nervose perdute amplificando gli input sensoriali ai neuroni motori e coinvolgendo i circuiti neurali degenerati. Questi cambiamenti cellulari potrebbero, a loro volta, tradursi in miglioramenti funzionali nella capacità di movimento.

Lo studio Pitt è stato condotto come parte di una sperimentazione clinica pilota che ha arruolato tre adulti con forme più lievi di SMA (SMA di tipo 3 o 4). Durante un periodo di studio di 29 giorni, ai partecipanti sono stati impiantati due elettrodi per la stimolazione del midollo spinale (SCS) che sono stati posizionati nella regione lombare su ciascun lato del midollo spinale, indirizzando la stimolazione esclusivamente alle radici dei nervi sensoriali. Le sessioni di test sono durate quattro ore ciascuna e sono state condotte cinque volte a settimana per un totale di 19 sessioni, fino all’espianto del dispositivo di stimolazione.

Dopo aver verificato che la stimolazione funzionava come previsto e coinvolgeva i motoneuroni spinali, i ricercatori hanno eseguito una serie di test per misurare la forza e l’affaticamento muscolare, i cambiamenti nell’andatura, nell’ampiezza del movimento e nella distanza percorsa, nonché la funzionalità dei motoneuroni.

“Poiché la SMA è una malattia progressiva, i pazienti non si aspettano di migliorare con il passare del tempo. Ma non è quello che abbiamo visto nel nostro studio. Nel corso delle quattro settimane di trattamento, i partecipanti al nostro studio hanno migliorato diversi risultati clinici con miglioramenti nelle attività della vita quotidiana. Ad esempio, verso la fine dello studio, un paziente ha riferito di essere in grado di camminare da casa al laboratorio senza stancarsi”, ha affermato l’autrice corrispondente Elvira Pirondini, Ph.D., professore associato di medicina fisica e riabilitazione presso Pitt.

Tutti i partecipanti hanno aumentato il loro punteggio nel test del cammino in 6 minuti (una misura della resistenza muscolare e dell’affaticamento) di almeno 20 metri, rispetto a un miglioramento medio di 1,4 metri in tre mesi di un regime di esercizi comparabile senza l’ausilio di SCS e a un aumento mediano di 20 metri dopo 15 mesi di terapia farmacologica neuroprotettiva specifica per l’SMA.

Questi miglioramenti funzionali si sono accompagnati a un miglioramento della funzione neurale, tra cui un aumento della capacità dei motoneuroni di generare impulsi elettrici e trasmetterli ai muscoli.

“I nostri risultati suggeriscono che questo approccio di neurostimolazione potrebbe essere ampiamente applicato per trattare altre malattie neurodegenerative oltre alla SMA, come la SLA o la malattia di Huntington, purché vengano identificati target cellulari appropriati nel corso di future ricerche”, ha affermato il coautore corrispondente Robert Friedlander, MD, presidente di neurochirurgia a Pitt e codirettore dell’UPMC Neurological Institute. “Speriamo di continuare a lavorare con i pazienti affetti da SMA e di avviare un altro studio clinico per testare l’efficacia e la sicurezza a lungo termine della stimolazione elettrica del midollo spinale”.

Prat-Ortega G, Ensel S, Donadio S, Borda L, Boos A, Yadav P, Verma N, Ho J, Carranza E, Frazier-Kim S, Fields DP, Fisher LE, Weber DJ, Balzer J, Duong T, Weinstein SD, Eliasson MJL, Montes J, Chen KS, Clemens PR, Gerszten P, Mentis GZ, Pirondini E, Friedlander RM, Capogrosso M. First-in-human study of epidural spinal cord stimulation in individuals with spinal muscular atrophy. Nat Med. 2025 Feb 5. doi: 10.1038/s41591-024-03484-8. Epub ahead of print. PMID: 39910271.