Il midollo spinale è parte del Sistema Nervoso Centrale che si prolunga all'interno del canale vertebrale. Nel midollo spinale corrono milioni di fibre nervose che trasmettono alle cellule nervose motrici periferiche (quelle che determinano i movimenti volontari) i comandi provenienti dalla corteccia del cervello nonché tutti i numerosi controlli del tono muscolare e delle correlazioni con muscoli agonisti, semi-agonisti e antagonisti.

Questi controlli provengono da numerose formazioni sottocorticali. Nel midollo passano anche tutte le fibre che portano al cervello le informazioni raccolte alla periferia dagli organi di senso.

Quando il midollo è interrotto, i comandi dal cervello e le informazioni per il cervello sono aboliti. Le cellule nervose periferiche, le quali sopravvivono, non ricevono più i comandi dal cervello né i controlli del tono con impossibilità dei movimenti volontari, comparsa di spasmo e cloni. Anche la conduzione delle sensazioni è abolita con insensibilità al di sotto del livello della lesione.

In aggiunta all’impossibilità di controllare una parte del corpo, ci sono alcune perturbazioni molto gravi della vescica e del retto che creano un grave disagio nella vita quotidiana e rendono infelice una persona paralizzata.

Una certa attività sessuale rimane possibile ma, la mancanza di sensibilità crea una nuova particolare vita sessuale che richiede un penoso ed intricato adattamento reciproco. Fortunatamente la gravidanza è possibile come anche l’emissione di sperma così da permettere ai giovani paraplegici e tetraplegici di pensare di poter avere dei figli.

Vari esperimenti hanno dimostrato che le cellule del sistema nervoso centrale sono capaci di rigenerare i loro filamenti nervosi i quali però non riescono a progredire oltre la lesione.

Le fibre dei nervi periferici, invece, rigenerano aiutate dalle cellule di Schwann che le avvolgono con delle guaine isolanti e di supporto. Le fibre nervose centrali non hanno cellule di Schwann.

Le lesioni del midollo spinale sono state considerate incurabili per secoli. Era un dogma che si insegnava agli studenti di medicina fin dall’università e che si insegna tuttora.

Tuttavia, nei secoli, vari dogmi si sono dimostrati falsi. L’incurabilità non dipende dal midollo ma dalla nostra ignoranza della fisiopatologia del midollo. La paraplegia da lesione del midollo spinale è conosciuta fin dagli antichi egizi. (Fig.1 e 2).

I primi esperimenti sulle scimmie furono eseguiti a Roma da Galeno nel 2° secolo D.C. ma dovettero passare altri 18 secoli prima che la ricerca riprendesse. Il midollo spinale, dopo la sua sezione, non permette agli assoni (prolungamenti delle cellule motrici cerebrali) di discendere verso le cellule motrici del midollo e di attivarle. Le ragioni di questa “non-permissività” non sono chiare: mancanza di cellule di Schwann nel sistema nervoso centrale? Presenza di molecole inibitrici? Invasione di astrociti? Recentemente le molecole inibitrici sono state sdemonizzate ed interpretate come molecole guida, e sembra (Raismann) che la non permissività dipenda dalla proliferazione reattiva degli astrociti che occludono i canali lungo i quali gli assoni dovrebbero procedere. La nostra ricerca è cominciata nel 1979 resecando un tratto di midollo spinale nei ratti e sostituendolo con segmenti di nervo periferico. (I nervi periferici, che contengono le cellule di Schwann, dopo la sutura guariscono).

Gli innesti venivano “riabitati” dagli assoni delle cellule cerebrali ma la progressione degli assoni si arrestava non appena giungevano in contatto nuovamente col midollo (non-permissivo).

Per superare questa “non permissività” fin dal 1981 furono usati modelli chirurgici che non mirassero più a connettere i due monconi del midollo ma che unissero le fibre nervose vitali (assoni), presenti nel midollo al di sopra della lesione, con i muscoli, “saltando” la cellula motrice midollare.

Si ottenne l’allungamento dell’assone cerebrale fino al muscolo (la cellula cerebrale costruì il citoscheletro di un assone lungo più del doppio del suo assone primitivo).

Dopo le ricerche sui ratti, un primo gruppo di primati fu operato in Svezia perché allora non si aveva il permesso di operare le scimmie in Italia. In seguito altri 3 gruppi furono operati nei laboratori in Italia e, potendoli seguire meglio, si ottennero anche risultati migliori.

La stimolazione magnetica del cervello (esterna e diretta dopo craniotomia) dimostrò buona risposta muscolare. L’elettromiografia dimostrò altrettanto buone risposte muscolari con latenze diverse a seconda che lo stimolo elettrico fosse stato portato sull’innesto o sul midollo a monte della lesione.

L’analisi morfometrica degli innesti dimostrò buona densità di assoni, buona area di sezione e buona mielinizzazione.

In attesa del permesso del Comitato Etico per trasferire all’uomo questo intervento si eseguirono dei trasferimenti di nervo ulnare dalle braccia alle gambe di alcuni paraplegici (i transfers nervosi sono in uso da anni in altri distretti e non richiedevano il consenso del Comitato Etico ma solo il consenso informato del paziente).

All’inizio il paziente per muovere le gambe doveva pensare di comandare un movimento della mano, poi la plasticità del cervello riuscì a comandare le gambe pensando alle gambe. Dopo mesi di rieducazione il paziente fu in grado di camminare con un carrello deambulatore per 50 – 70 passi alla volta.

Dopo aver ottenuto il permesso del Comitato Etico del SSN sono stati eseguiti 3 interventi di connessione del sistema nervoso centrale con i muscoli (il primo nel 2000). Nel 2004 la prima paziente camminava e non più col carrello ma con i tetrapodi. Il 2° paziente è in fase di avanzata reinnervazione, il 3° paziente è troppo recente. Come già detto in tutti gli animali i muscoli sono innervati dal motoneurone spinale il quale è eccitato dal motoneurone cerebrale. Con la ricerca eseguita, invece il muscolo è innervato dal motoneurone centrale mentre il motoneurone periferico è escluso.

Inoltre i muscoli ricevono assoni da cellule corticali sparse in aree diverse.

Ciò nonostante l’animale o il paziente esegue selettivamente il movimento voluto senza co-contrazioni.

La ricerca è continuata per scoprire se il motoneurone centrale che cambia il trasmettitore (da glutammato ad acetilcolina) o se è il muscolo che cambia i ricettori (da colinergico a glutammatergico).

Il risultato della ricerca è stato pubblicato nel giugno 2005 dalla prestigiosa rivista della Accademia Nazionale delle Scienze Americana: P.N.A.S., 2005, 102, 24,8752- 8757. L’aspetto straordinario del nostro risultato è duplice. Mentre in natura i muscoli di tutti gli animali si contraggono per lo stimolo che proviene dalle cellule motrici del midollo spinale, le quali per stimolare il muscolo liberano un trasmettitore chiamato acetilcolina, con la ricerca eseguita dal gruppo di studio che costituirà anche l’E.S.C.R.I., i muscoli si contraggono per uno stimolo che viene direttamente dalle cellule motrici del cervello che invece utilizzano un trasmettitore diverso: il glutammato.

La ricerca ha accertato questo cambiamento miracoloso e quasi incredibile con metodi elettromiografici, farmacologici, istologici ed istochimici.

Al momento, a causa delle restrizioni agli esperimenti sugli animali, decisi dalle autorità italiane, nessun intervento chirurgico sperimentale può essere eseguito su modelli sperimentali animale. Ora quindi, stiamo eseguendo esperimenti per mezzo di colture organotipiche del midollo anche con cellule staminali e fattori di crescita nervosa. Questa ricerca viene effettuata con la collaborazione del Dipartimento di Scienze Cliniche e Sperimentali della Scuola di Medicina dell'Università di Brescia, in particolare con il Dott. Marco Cocchi, dottorando di ricerca presso la Sezione di Anatomia e Fisiopatologia ed il Prof. L.F. Rodella MD MSc, Professore Associato nella medesima unità.

Ma la ricerca su modelli sperimentali animali è in corso (per mezzo del protocollo originale) in 3 istituti di ricerca stranieri in Spagna, Germania e India, paesi con i quali la nostra Fondazione ha raggiunto un accordo. I loro risultati saranno utili a convalidare quelli che abbiamo ottenuto in precedenza.