C'est l'aboutissement de dix ans de travaux de recherche sur la stimulation électrique de la moelle épinière pour l'équipe de Lausanne dirigée par la neurochirurgienne Jocelyne Bloch et du chercheur Grégoire Courtine de l'université de Lausanne et du centre de neuroprothèse de l'Institut fédéral suisse de technologie.
Dans un nouvel article publié ce 7 février dans « Nature Medicine », les chercheurs suisses décrivent comment ils ont réussi à faire remarcher trois patients paraplégiques après implantation neurochirurgicale d'un arrangement d'électrodes. L'idée d'envoyer un courant électrique pour retrouver des mouvements perdus remonte à plusieurs décennies et a été mise en pratique pour la première fois en 2011. Un paraplégique avait alors été capable de se tenir à nouveau debout.
En 2018, l'équipe de Lausanne était parvenue à faire recouvrer la locomotion à des rats lésés médullaires grâce à un dispositif d’électrostimulations. La même année, des patients avaient été traités mais les progrès étaient limités : ils avaient eu besoin de plusieurs semaines pour refaire quelques pas.
Ici, grâce à une optimisation personnalisée, les trois patients décrits dans l'article - trois hommes âgés de 29 à 41 ans - ont récupéré leurs fonctions sensorimotrices et sont capables de se lever, marcher, nager ou pratiquer le cyclisme. Dès les 24 premières heures suivant la pose du dispositif, les trois patients ont été capables de faire 300 pas sur un tapis roulant avec des supports de poids corporel. Après trois jours d’entraînement supplémentaires, la démarche était suffisamment assurée pour que les patients soient en mesure de se déplacer sur un sol plat, toujours avec l'assistance d'un support de poids corporel multidirectionnel. Après 5 mois de rééducation, l'un des patients était capable de marcher près d'un kilomètre sans interruption.
Principale limite du système, la stimulation électrique doit être allumée pour permettre la locomotion : dès qu'elle est éteinte, elle a peu d'effet durable. Et il est inconcevable de la maintenir en permanence, ce qui épuiserait l'organisme des patients.
À l’origine, la technologie employée chez l'animal par les chirurgiens suisses était destinée au traitement de la douleur, en fournissant une électrostimulation constante au niveau de la moelle épinière. Bien que prometteurs, ces dispositifs médicaux repositionnés « ne parvenaient pas à stimuler tous les nerfs impliqués dans les mouvements des jambes et du tronc, ce qui limite les capacités de récupération motrice », expliquent les auteurs.
L'équipe de Lausanne a donc mis au point un nouveau stimulateur doté d'électrodes disposées de manière à toucher spécifiquement les nerfs impliqués dans la locomotion et les mouvements du tronc. « Les dispositifs contre la douleur ciblent les nerfs au niveau de la colonne dorsale, alors que la restauration des fonctions motrices requiert que l'on stimule au niveau de la racine dorsale nerfs périphériques », détaillent les chercheurs, en particulier au niveau des vertèbres S1, S2, L1 à L5 et T12. Autre défaut corrigé par le nouvel appareil : « les électrodes sont plus longues et plus grandes que celles utilisées auparavant, ce qui permet d'accéder à plus de muscles », a détaillé la Pr Jocelyne Bloch.
Configuration personnalisée
Cette technologie a été couplée à un système d'intelligence artificielle (IA) qui permet d'adapter plus précisément la répartition des électrodes, afin qu'elle corresponde à l'anatomie nerveuse du patient, sur la base de données d'imagerie préopératoire et intra opératoires (scanner et IRM).
De plus, un logiciel a été mis au point pour pouvoir reconfigurer l’électrostimulation. Ainsi, au cours des 6 mois suivants, les chercheurs ont programmé des profils électrostimulation compatibles avec la réappropriation de la nage, des flexions et du pédalage. Et le système a pu être adapté aux problématiques particulières des malades. « Par exemple, un de nos patients éprouvait des difficultés pour contrôler les muscles posturaux du tronc », citent les auteurs.
Autonomie retrouvée
« Nos patients ont un retour sensoriel des mouvements de leurs membres inférieurs, confirmé par les examens neurologiques, a ajouté Grégoire Courtine en conférence de presse. La récupération des sensations est très variable d'un individu à l'autre, elle est d'autant plus importante que la lésion est peu sévère. L'âge est aussi un facteur important. »
Les expérimentateurs ont développé une interface simplifiée afin que les exercices puissent se poursuivre en dehors du cadre des séances organisées 4 à 5 fois par semaine. Au bout de 5 mois de neuro-réhabilitation, les trois patients pouvaient changer eux-mêmes les programmes de stimulation pour passer de la station assise à la station debout ou de la station debout fixe à la marche.
Cette appropriation du dispositif a accéléré la progression. Au bout de 6 mois, tous les patients pouvaient se déplacer de manière autonome, sans l'aide d'un déambulateur. L'un d’eux était même capable de monter un escalier ou de pratiquer la boxe. Un autre a pu recommencer le canoë-kayak. Enfin, deux des patients ont pu regagner le contrôle de certains muscles posturaux sans électrostimulation.
La recherche se poursuit
Dans leur discussion, les auteurs suggèrent des pistes pour améliorer le dispositif, notamment en le dotant d'une haute densité en électrodes. La technologie doit faire l'objet d'études cliniques bien plus larges sous l'égide d'une start-up néerlandaise, Onward. Afin de la rendre facilement utilisable, cette société développe une application sur smartphone, par exemple pour contrôler son déclenchement.
« Les trois patients que nous avons recrutés souffraient de lésions vieilles d'au moins un an, avec dissection totale de la moelle épinière, a expliqué Grégoire Courtine. Nous voulions nous assurer qu'ils avaient atteint un plateau de progression avec les moyens traditionnels de réadaptation ». Même s'il n'est pas évident de recruter des patients peu de temps après leur accident, « je suis persuadé que l'efficacité de notre dispositif serait majorée si on l'utilise plus tôt. Nous l'avons déjà démontré chez l'animal ».
Quand ces avancées pourront-elles bénéficier au plus grand nombre ? « Avec un peu de chance, d'ici à quelques années », estime la Pr Bloch. Ce champ de recherche va nécessiter encore « une accumulation de données de topographie neuroanatomique et fonctionnelle », tempère pour sa part le Pr Charles Msika, membre de la Société française de chirurgie orthopédique et traumatologique. Mais « il est légitime de penser qu'au terme de plusieurs années d'expérience, il sera possible de maîtriser, au moyen d'électrodes épidurales, une neuromodulation autorisant les paraplégiques à des activités jusque-là inimaginables », considère-t-il.
A.Rowald et al. Nature Medicine, février 2022. DOI :10.1038/s41591-021-01663-5
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