脳卒中で腕が麻痺。インプラントのおかげで再び使えるようになった

2011年12月、ヘザー・レンデュリックさんは体の左側にチクチクとした痛みを感じて目を覚ましました。後に、頭蓋底付近にある、弱く密集した血管の塊（海綿状血管腫と呼ばれる異常）から出血していることが分かりました。22歳にして、彼女は脳卒中を起こしていたのです。 

血管の絡み合いが深部まで達していたため、医師たちは手術をためらっていました。また、脳卒中の後遺症も残っていなかったため、レンデュリックさんはこのまま生活を続けられるかもしれないと考えていました。海綿状血管腫を患う多くの人は、何年も安定した状態を保ち、普通の生活を送ることができます。しかし、その後11ヶ月の間に、彼女はさらに5回の出血を経験しました。最後の出血は重度の脳卒中で、体の左側が麻痺しました。脳腫瘍を取り除く手術を受けましたが、腕と手はほとんど動かなくなりました。 

この事件により、レンデュリックさんは日常生活に変化を余儀なくされました。キッチンでは、果物や野菜を切るのに補助器具を使っています。服を着るだけでもかなりの工夫が必要です。一方、靴紐を結んだり瓶を開けたりするような、手の細かい動作を伴う作業は不可能です。グリル料理が大好きな夫にステーキを切ってもらうのも、もううんざりです。「両手の世界で片手で暮らしているんです」と、現在33歳のレンデュリックさんは言います。「片手しか使えなくなるまで、両手が必要なことがどれだけたくさんあるかに気づきません。」 

しかし、ピッツバーグ大学で脊髄への電気刺激の一種を研究する小規模な研究のおかげで、レンデュリックさんは失っていた手と腕の動きの一部を取り戻すことができました。4週間の試験期間中、レンデュリックさんともう1人の患者は、腕を頭上に挙げたり、拳を握ったり、フォークとナイフを使って食事をしたり、何年もぶりに小さな物を拾ったりすることができました。この研究結果は本日、 ネイチャー・メディシン誌に掲載されました。 

「これは非常にエキサイティングです」と、コロンビア大学の運動神経科学者で、この研究には関わっていないジェイソン・カーメル氏は語る。「慢性脳卒中患者にとって、これまでなかった治療法の可能性が開かれるのです。」 

脳卒中は成人における最も一般的な障害の原因です。世界中で25歳以上の4人に1人が生涯に脳卒中を経験し、そのうち4分の3が腕と手に永続的な運動障害を抱えます。 

脳卒中は、脳への血液供給が阻害されたり、血管が破裂したりすることで起こります。脳損傷の重症度や発生部位によっては、麻痺、筋力低下、発話障害、思考障害、記憶障害などの症状が現れることがあります。

脳卒中による麻痺のある人は、特定の筋肉または筋肉群を自発的に動かすことができません。運動を制御する脳の部分が損傷すると、脳と筋肉の間の信号伝達が阻害されます。回復する患者は、脳卒中発症後数ヶ月以内に回復することがよくあります。6ヶ月を超えると、それ以上の改善は期待できません。これは脳卒中の慢性期であり、その影響は通常永続的です。 

レンデュリック氏ともう一人の患者は共にこの段階にあり、研究者たちは脊髄の特定の部位に微弱な電流を流すことで腕と手の筋肉の機能を回復できるかどうかを調べたいと考えていました。脊髄は背中にある神経の長い管で、脳からの信号を体の他の部位に伝えます。  

脊髄刺激療法は既に疼痛治療に使用されており、2018年には複数の研究チームが一連の論文を発表し、脊髄損傷による麻痺患者の一部が、数年ぶりに自立立位と補助器具を使った歩行を可能としたことを報告しました。しかし、上肢機能回復のための脊髄刺激療法については、ほとんど研究が進んでいませんでした。

最新の研究では、外科医がスパゲッティ麺のような一対の薄い金属電極を首の脊髄上部に沿って埋め込み、腕と手の筋肉を制御する神経群を標的とした。電極ケーブルは皮膚の外側に配線され、実験室内の刺激システムに接続された。

研究者が電気刺激を開始したその日、レンデュリックさんは左手を完全に開いたり閉じたりできるようになりました。以前はできなかったことです。「私たち全員が涙を流しました」と彼女は言います。「私は10年近くできなかったような方法で手を開けることができました。」 

レンデュリック氏ともう一人の患者は4週間にわたり、一連の臨床検査を行った（もう一人の患者は、より重度の障害を持つ47歳の女性で、3年前に脳卒中を患っていた）。二人は、ブロックを動かす、ビー玉を拾う、スープ缶をつかむ、鍵を開けるといった動作を行った。レンデュリック氏はもう一人の患者よりも改善が見られたが、刺激によって両女性の腕と手の筋力、可動域、機能が向上した。装置を装着しているとき、レンデュリック氏は腕にわずかな振動を感じたが、痛みはなかったと述べている。 

被験者が研究室を離れると刺激はオフになったが、自宅で刺激がオフになっている時でさえ、レンデュリック氏は腕と手でできることに変化があったことに気づいたという。例えば、冷蔵庫のドアを掴んで開けることができた。

研究者たちは、脊髄刺激療法は本質的に信号ブースターとして機能すると考えている。「これらの脳卒中患者では、脳に損傷があり、腕への信号伝達が阻害されています」と、メイヨー・クリニックのシニアエンジニアで脊髄刺激療法に取り組んでいるものの、ピッツバーグの研究には関わっていないピーター・グラーン氏は述べる。「しかし、その損傷が完全に消失することは非常に稀です。それでも、何らかの信号は伝わっているのです。」 

四肢の感覚神経は脊髄の運動ニューロンに信号を送り、脊髄はそれを脳に伝達します。そして脳は腕と手の筋肉に動きを指示します。これらの神経を電気パルスで刺激すると、神経信号が増幅され、脳卒中によって弱くなった筋肉をより効果的に活性化できると考えられています。 

「刺激は動きを制御するのではなく、患者が自ら動きを行えるようにするのです」と、ピッツバーグ大学神経外科助教授で本研究の著者であるマルコ・カポグロッソ氏は述べています。「これは既存の回路と統合し、患者が再び自発的に動けるようにする技術です。」

この研究は刺激の短期的な効果を検証することのみを目的として設計されていたため、参加者は4週間の試験期間後に装置を外す必要がありました。レンデュリック氏によると、刺激による効果の一部は数週間持続したとのことで、著者らは予想外の結果だったと述べています。レンデュリック氏は、将来的に恒久的な刺激装置を入手できることを期待しています。

研究者たちは、短期研究でさらに6人の被験者に刺激装置を埋め込む予定です。その後、長期試験に移行し、患者が自宅で使用できる完全埋め込み型システムを用いて、数ヶ月にわたって刺激効果を評価する予定です。（痛みの治療では、刺激装置は通常、臀部または腹部に埋め込まれます。）カポグロッソ氏とピット大学およびカーネギーメロン大学の同僚たちは、この技術の商業化を目指してReach Neuroという会社を設立しました。 

「脳卒中を患う患者は多く、機能改善のためのリハビリテーションや修復療法は常に効果的だと考えています」と、カリフォルニア大学ロサンゼルス校の脳神経外科医で、頸髄損傷患者を対象に脊髄刺激療法の臨床試験を行っているダニエル・ルー氏は述べている。しかし、ルー氏は今回の研究はまだ初期段階だと注意を促している。研究者たちは、誰が最も効果を得られるかを見極めるために、より多くの患者を対象にこの治療法を試す必要があるだろう。 

レンデュリック氏のように、障害がそれほど重症ではない患者は、損傷の時期にかかわらず、脊髄刺激療法からより大きな効果を得られる可能性があると彼は述べています。「調節できる神経組織が多ければ多いほど、より良い結果が得られると考えています。患者の障害が軽ければ軽いほど、比較的正常な機能を回復できる可能性が高くなります」とルー氏は言います。

治療費もその普及を阻む要因となっている。痛みに対する脊髄刺激療法は1万5000ドルから5万ドル、あるいはそれ以上の費用がかかる。また、埋め込まれた刺激装置は電池で作動するが、5年から10年で交換が必要となり、再度の手術が必要となる。 

この治療にはリスクが伴います。感染症などの合併症が発生する可能性があり、ワイヤーが破損したり、ずれたりして周囲の組織に損傷を与える可能性もあります。    

「この技術をどのように適用するかについては、ある程度の選択性が必要であり、どの患者に移植すべきかという最適な点を実証する必要があります」とルー氏は言う。すべての脳卒中患者に移植するのは、費用がかかりすぎる。さらに、研究者らが研究している非侵襲的な脊髄刺激法もある。 

大きな未知数は、刺激の効果がどれくらい持続するかです。患者によっては、脳の配線を再構築し、新たな接続を形成するのに1～2ヶ月の治療で十分な場合もあります。一方、長期、あるいは永続的な刺激が必要な場合もあります。「この治療法の限界がどこまで及ぶのかについては、まだ結論が出ていないと思います」とカーメル氏は言います。