Cura sperimentale che utilizza la stimolazione cerebrale profonda (DBS) ha ripristinato la funzione esecutiva in pazienti con lesioni cerebrali traumatiche
Una terapia sperimentale che utilizza la stimolazione cerebrale profonda (DBS) per fornire impulsi elettrici precisi in un’area profonda all’interno del cervello ha ripristinato la funzione esecutiva in pazienti con lesioni cerebrali traumatiche da moderate a gravi (msTBI) e sequele croniche. È la prima volta che un dispositivo DBS è stato impiantato nel talamo centrale negli esseri umani, un’area del cervello larga solo pochi millimetri che aiuta a regolare la coscienza. I risultati sono stati pubblicati su “Nature Medicine”.
I partecipanti hanno subito lesioni cerebrali tra i 3 e i 18 anni prima dello studio, lesioni che li hanno lasciati con una compromissione neuropsicologica persistente e una serie di disabilità funzionali. Il posizionamento degli elettrodi ha richiesto una nuova tecnica chirurgica sviluppata dai ricercatori che includeva modelli virtuali del cervello di ciascun partecipante, registrazione di microelettrodi e neuroimaging per identificare i circuiti neuronali interessati dal trauma cranico.
Dopo 3 mesi di trattamenti DBS giornalieri di 12 ore, le prestazioni dei partecipanti nei test cognitivi sono migliorate in media del 32% rispetto al basale. I partecipanti sono stati in grado di leggere libri, guardare programmi televisivi, giocare ai videogiochi, completare i compiti scolastici e si sono sentiti significativamente meno affaticati durante il giorno.
Sebbene il piccolo studio abbia incluso solo cinque pazienti, il lavoro è già stato salutato da altri esperti come un progresso significativo per i pazienti con msTBI cronico, una condizione per la quale non esistono trattamenti efficaci.
«Stavamo cercando un ripristino parziale dell’attenzione esecutiva e ci aspettavamo che il trattamento avrebbe avuto un effetto, ma non prevedevamo la dimensione dell’effetto che abbiamo visto» affermano i ricercatori, guidati da Nicholas Schiff, professore di Neuroscienze presso il Weill Cornell Medical College di New York.
Bersaglio: nucleo laterale centrale del talamo e rete neuronale correlata
Si stima che oggi nei soli Stati Uniti 5,3 milioni di bambini e adulti vivano con una disabilità permanente correlata al trauma cranico. Attualmente non esiste una terapia efficace per la compromissione dell’attenzione, della funzione esecutiva, della memoria di lavoro o della velocità di elaborazione delle informazioni causata dalla lesione iniziale. Ricerche precedenti suggeriscono che una perdita di attività nei circuiti cerebrali chiave nel talamo può essere associata a una perdita della funzione cognitiva.
I ricercatori hanno reclutato sei adulti (quattro uomini e due donne) di età compresa tra 22 e 60 anni con una storia di msTBI e compromissione neuropsicologica cronica e disabilità funzionale. Un partecipante è stato successivamente ritirato dallo studio per non conformità al protocollo. I partecipanti hanno completato al basale una serie di questionari e test per stabilire lo stato cognitivo, psicologico e della qualità della vita.
Per ripristinare il funzionamento esecutivo perso nel cervello, i ricercatori hanno dovuto considerare come bersaglio non solo il nucleo laterale centrale, ma anche la rete neuronale collegata alla regione che raggiunge altre parti del cervello.
«Per fare entrambe le cose abbiamo dovuto sviluppare un intero set di strumenti per modellare sia il bersaglio che la traiettoria, che dovevano essere giusti per farlo funzionare correttamente» precisa il co-ricercatore Jaimie Henderson, professore di Neurochirurgia presso lo Stanford University College of Medicine, in California. «Questo ci ha dato una finestra piuttosto stretta in cui lavorare e portare un elettrodo con precisione a questo obiettivo non è un’impresa banale».
Impiegati microelettrodi o neuroimaging
La fisiologia cerebrale di ogni partecipante era leggermente diversa, il che significa che il percorso che ha funzionato per un individuo avrebbe potuto non funzionare per un altro. L’intervento chirurgico è stato ulteriormente complicato dallo spostamento nel cervello che si è verificato quando sono stati posizionati i singoli elettrodi.
All’inizio, i ricercatori hanno utilizzato la registrazione con microelettrodi per “ascoltare” i singoli neuroni e vedere quali non si attivavano correttamente. Quando questo metodo non è riuscito a offrire le informazioni precise necessarie per il posizionamento degli elettrodi, i ricercatori sono passati al neuroimaging, che ha permesso loro di completare l’intervento chirurgico in modo più rapido e accurato.
I partecipanti sono rimasti in ospedale 1-2 giorni dopo l’intervento. Sono tornati per l’imaging postoperatorio 30 giorni dopo l’intervento chirurgico e sono stati assegnati in modo casuale a programmi diversi per un periodo di titolazione di 14 giorni per ottimizzare la stimolazione DBS. L’esito primario era un miglioramento del 10% nella parte B del trail-making test, un test neuropsicologico che misura il funzionamento esecutivo.
Dopo 90 giorni di trattamenti DBS giornalieri di 12 ore, i punteggi dei partecipanti sono aumentati del 15%-52% (media 32%) rispetto al basale. I partecipanti hanno anche riportato una diminuzione media del 33% dell’affaticamento, uno degli effetti collaterali più comuni dell’msTBI, e un miglioramento medio dell’80% dell’attenzione.
Il principale rischio per la sicurezza durante la procedura di 3-4 ore è il sanguinamento, che non ha interessato nessuno dei partecipanti a questo studio. Un partecipante ha sviluppato un’infezione del sito chirurgico, ma tutti gli altri effetti collaterali sono stati lievi.
Dopo il periodo di trattamento di 90 giorni, il piano di studio prevedeva che i pazienti venissero assegnati in modo casuale a una sospensione del trattamento in cieco, con la DBS disattivata per 21 giorni. Due dei pazienti hanno rifiutato di essere randomizzati. La DBS è stata disattivata in un partecipante mentre gli altri due hanno continuato normalmente.
Dopo 3 settimane, il paziente la cui DBS è stata disattivata ha mostrato un calo del 34% nei test cognitivi. Il dispositivo è stato riattivato dopo lo studio e da allora il partecipante ha riportato miglioramenti. I dispositivi DBS continuano a funzionare in tutti i partecipanti. Sebbene le loro prestazioni non siano state misurate come parte dello studio, i rapporti aneddotici indicano un miglioramento sostenuto nel funzionamento esecutivo.
Promettenti progressi clinici, la ricerca prosegue
I pazienti con trauma cranico sono di solito trattati in modo aggressivo durante il primo anno, quando sono più probabili miglioramenti significativi, ma ci sono poche opzioni terapeutiche oltre quel periodo, commenta il neurologo Javier Cardenas, direttore del Concussion and Brain Injury Center presso la Rockefeller Neuroscience Institution, West Virginia University, Morgantown.
«Molti fornitori di cure alzano le mani dopo un anno in termini di intervento e poi siamo sempre alla ricerca di potenziali cali nel tempo» osserva Cardenas, non coinvolto nello studio. «La maggior parte delle persone si stabilizza e non diminuisce, ma siamo sempre preoccupati per un declino secondario delle lesioni cerebrali traumatiche».
La chirurgia viene solitamente impiegata solo immediatamente dopo la lesione cerebrale. La nozione di chirurgia come opzione terapeutica anni dopo il trauma iniziale al cervello è nuova, spiega Jimmy Yang, professore di Chirurgia Neurologica presso l’Ohio State University College of Medicine, Columbus.
«Mentre la chirurgia di stimolazione cerebrale profonda nella pratica clinica è specificamente adattata a ciascun paziente che trattiamo, questo studio fa un ulteriore passo avanti integrando strumenti di ricerca che non sono ancora arrivati al regno clinico» osserva Yang. «Di conseguenza, sebbene questi metodi non siano comunemente utilizzati nell’assistenza clinica, la strategia complessiva evidenzia come i progressi della ricerca siano collegati ai progressi clinici».
I ricercatori stanno lavorando per garantire i finanziamenti per uno studio di fase 2 più ampio. «Con milioni di persone colpite da lesioni cerebrali traumatiche ma senza terapie efficaci, questo studio porta la speranza che siano all’orizzonte opzioni per aiutare questi pazienti» commenta Yang.
Fonte:
Schiff ND, Giacino JT, Butson CR, et al. Thalamic deep brain stimulation in traumatic brain injury: a phase 1, randomized feasibility study. Nat Med. 2023;29:3162-74. doi: 10.1038/s41591-023-02638-4. leggi