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Des neuroprothèses de la moelle épinière sur mesure pour traiter la paralysie

Source : Communiqué de l’INSB.

Neurorestore / Jimmy Ravier

Trois personnes atteintes d’une paraplégie complète ont partiellement récupéré l’usage de leurs jambes et de leur tronc après seulement quelques heures de réglage d’une stimulation électrique sur mesure de leur moelle épinière. La clé : des modèles informatiques personnalisés, un nouvel implant d’électrodes, et un logiciel versatile de contrôle de la stimulation. Ce travail issu d’une collaboration internationale à l’interface entre les neurosciences, la neuroingénierie et la neurochirurgie, est publié dans la revue Nature Medicine. Parmi les auteurs, Fabien Wagner, chef d’équipe à l’Institut des maladies neurodégénératives (CNRS / Université de Bordeaux  – Bordeaux Neurocampus).

Les traumatismes de la moelle épinière entraînent une paralysie plus ou moins complète des muscles innervés en dessous du niveau de la lésion. Une rééducation mise en place par des kinésithérapeutes constitue alors la principale approche pour permettre dans certains cas une récupération fonctionnelle partielle.

Récemment, la stimulation électrique épidurale est apparue comme une neurotechnologie permettant d’augmenter l’excitabilité des circuits spinaux situés sous la lésion. Cette technique a notamment permis en 2018 de restaurer les capacités de marche chez 6 patients atteints de blessures de la moelle épinière, au cours de trois études cliniques indépendantes menées en Suisse et aux Etats-Unis (Wagner et al., Nature 2018 ; Angeli et al., NEJM 2018 ; Gill et al., Nat Med 2018).

Cette nouvelle étude, conduite à Lausanne en Suisse, combine plusieurs innovations :

  1. De nouveaux protocoles d’Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) de la moelle épinière, structurels et fonctionnels, afin d’identifier pour chaque patient la position des racines nerveuses postérieures et la correspondance entre ces racines postérieures et les muscles des jambes et du tronc ;
  2. Des modèles informatiques personnalisés issus de ces protocoles d’imagerie, qui permettent de simuler l’impact de stimulations électriques sur le recrutement des muscles innervés par les racines postérieures à différents niveaux de la moelle épinière, et permettent donc d’optimiser le placement des électrodes ;
  3. Un nouveau champ d’électrodes spinal dont les dimensions permettent de cibler l’ensemble des racines nerveuses postérieures innervant les muscles des jambes et du tronc, contrairement aux champs d’électrodes commercialement disponibles, plus petits, développés pour le traitement des douleurs neuropathiques ;
  4. Un nouveau logiciel permettant la configuration de protocoles de stimulation spinale facilitant des activités spécifiques (marche, natation, vélo, mouvements du tronc, etc.) de manière intuitive et avec divers niveaux d’utilisateurs (experts en neurostimulation, kinésithérapeutes, patients).

Ces innovations ont permis à trois personnes atteintes d’une paraplégie complète, c’est-à-dire ne possédant aucune capacité motrice résiduelle en dessous du niveau de la lésion, de pouvoir remarcher dans le laboratoire avec un système de suspension soutenant une partie de leur poids, après seulement quelques heures d’optimisation des paramètres de stimulation. Il s’agit d’une première à deux points de vue. Tout d’abord, l’étude du même groupe publiée en 2018 portait sur des blessures incomplètes de la moelle épinière : les participants à l’étude clinique avaient donc conservé la capacité d’activer certains muscles des jambes, tandis que l’étude actuelle implique des déficits beaucoup plus sévères, en particulier affectant le tronc. Deuxièmement, la capacité de se tenir debout ou d’effectuer des exercices de marche (sur tapis roulant ou au sol) n’avait jamais été atteinte au bout de seulement une journée de stimulation, ce qui a été permis par le développement de l’ensemble des neurotechnologies citées plus haut. Cela ouvre donc des perspectives importantes pour le déploiement clinique de telles approches thérapeutiques.

Référence

Activity-dependent spinal cord neuromodulation rapidly restores trunk and leg motor functions after complete paralysis.
Rowald A, Komi S, Demesmaeker R, Baaklini E, Hernandez-Charpak SD, Paoles E, Montanaro H, Cassara A, Becce F, Lloyd B, Newton T, Ravier J, Kinany N, D’Ercole M, Paley A, Hankov N, Varescon C, McCracken L, Vat M, Caban M, Watrin A, Jacquet C, Bole-Feysot L, Harte C, Lorach H, Galvez A, Tschopp M, Herrmann N, Wacker M, Geernaert L, Fodor I, Radevich V, Van Den Keybus K, Eberle G, Pralong E, Roulet M, Ledoux JB, Fornari E, Mandija S, Mattera L, Martuzzi R, Nazarian B, Benkler S, Callegari S, Greiner N, Fuhrer B, Froeling M, Buse N, Denison T, Buschman R, Wende C, Ganty D, Bakker J, Delattre V, Lambert H, Minassian K, van den Berg CAT, Kavounoudias A, Micera S, Van De Ville D, Barraud Q, Kurt E, Kuster N, Neufeld E, Capogrosso M, Asboth L, Wagner FB, Bloch J, Courtine G.
Nature Medicine 7 février 2022.
doi: 10.1038/s41591-021-01663-5.

A propos

Cette percée a été le fruit d’un travail collaboratif extrêmement important : l’article ne compte pas moins d’environ 70 auteurs, principalement basés à l’EPFL en Suisse mais avec plusieurs collaborations internationales, ainsi qu’un partenariat clé avec la startup ONWARD. Fabien Wagner, chercheur en neuroingénierie, ancien postdoc de l’EPFL et actuellement chef d’équipe à l’Institut des Maladies Neurodégénératives (CNRS UMR 5293) à Bordeaux, a co-supervisé cette étude avec Grégoire Courtine, professeur en neurotechnologies à l’EPFL, et Jocelyne Bloch, neurochirurgienne au Centre Hospitalier Universitaire Vaudois (CHUV). Le CNRS a également été impliqué à travers les équipes d’Anne Kavounoudias et Bruno Nazarian, respectivement professeure au laboratoire de Neurosciences Cognitives et ingénieur à l’Institut des Neurosciences de la Timone, qui ont contribué à l’élaboration des protocoles d’IRM fonctionnelle pendant une stimulation vibrotactile des tendons.

Notons que cette publication a fait l’objet d’une très grande couverture médiatique internationale. Quelques exemples :

https://www.nature.com/articles/d41586-022-00367-1

https://www.rts.ch/info/sciences-tech/medecine/12847448-trois-paraplegiques-marchent-a-nouveau-grace-a-un-implant-suisse-prometteur.html

https://www.sciencesetavenir.fr/sante/os-et-muscles/un-nouvel-implant-fait-remarcher-trois-paraplegiques-en-moins-d-un-mois_161225

https://www.franceinter.fr/sciences/un-implant-pour-faire-remarcher-des-paraplegiques-notre-but-c-est-d-en-faire-une-therapie-pour-tous

https://edition.cnn.com/2022/02/07/health/spinal-cord-stimulation-study/index.html

https://www.bbc.com/news/science-environment-60258620

 

Contact

Fabien Wagner

Chef d’équipe à l’Université de Bordeaux (Chaire idEx Neurocampus)
Institut des maladies neurodégénératives (CNRS/Université de Bordeaux)
+33 (0)6 04 42 68 39

28/02/22