Implan yang memberikan stimulasi listrik ke sekelompok neuron tulang belakang tertentu dapat mengobati tekanan darah rendah yang berbahaya pada orang dengan cedera tulang belakang, mengatasi konsekuensi kelumpuhan yang sering “tidak terlihat”.

Atas karyanya dalam mengembangkan perawatan ini, yang disebut neuroprosthetic baroreflex, Jordan W. Squair adalah pemenang 2023 BioInnovation Institute & Science Prize for Innovation. Hadiah tersebut berusaha memberi penghargaan kepada para ilmuwan yang memberikan penelitian di persimpangan ilmu kehidupan dan kewirausahaan.

“Penelitian pemenang penghargaan Dr. Squair tentang stimulasi listrik epidural mengembalikan kontrol tekanan darah pada pasien yang menderita cedera tulang belakang,” kata Yevgeniya Nusinovich, editor senior di Science. “Menggunakan teknologi ini untuk menstabilkan tekanan darah dalam kisaran normal mengurangi risiko pasien pingsan dan komplikasi lainnya, sangat meningkatkan keamanan dan kualitas hidup mereka.”

Squair, seorang peneliti NeuroRestore di Swiss Federal Institute of Technology (EPFL), mengatakan perawatan tersebut menawarkan cara baru untuk mengatasi masalah yang mempengaruhi hingga 90% orang dengan cedera tulang belakang.

Selain cedera tulang belakang, seorang wanita dengan penyakit sistem saraf otonom dan motorik yang parah, yang memiliki tekanan darah rendah sehingga dia tidak dapat berdiri selama lebih dari beberapa menit, dapat berjalan beberapa ratus meter segera setelah menerima implan dan berhenti pingsan, tulis Squair dalam esainya yang memenangkan hadiah di Science.

“Sejak itu, merupakan pengalaman yang sangat keren untuk melihatnya bekerja setiap saat pada setiap orang yang telah kami uji,” katanya. “Sangat menyenangkan melihat pendekatan bedah saraf fungsional yang bekerja dengan kuat dan sederhana.”

Cedera tulang belakang dapat mencegah otak memodulasi tekanan darah selama perubahan postur tubuh, seperti bergerak ke posisi duduk atau berdiri. Akibatnya, tekanan darah seseorang dapat turun ke tingkat yang sangat rendah, yang dapat membuat mereka terbaring di tempat tidur, pusing, mual, atau mudah pingsan.

“Hampir semua pasien ini dirawat karena hipotensi ortostatik menggunakan tindakan konservatif seperti pengikat perut, mungkin stoking kompresi di kaki mereka, atau mereka direkomendasikan untuk menjalani diet tinggi garam, hal-hal seperti itu,” kata Squair. “Tetapi jika Anda kemudian bertanya kepada mereka apakah mereka masih mengalami gejalanya, meskipun telah dirawat secara konservatif untuk itu, hampir semuanya masih mengalaminya.”

Squair dan rekan-rekannya di EPFL dan University of Calgary mengembangkan cara untuk mengobati konsekuensi cedera tulang belakang yang kurang diketahui ini dengan memperluas penggunaan stimulasi listrik epidural (EES), yang telah digunakan pada beberapa orang untuk memulihkan gerakan dan sensasi.

Ilmuwan saraf Grégoire Courtine dan Jocelyne Bloch, yang memimpin NeuroRestore, menunjukkan “bahwa jika Anda merangsang bagian tertentu dari sumsum tulang belakang, Anda dapat mengaktifkan fungsi yang diharapkan,” kata Squair.

Menemukan bagian yang tepat dari sumsum tulang belakang untuk distimulasi adalah salah satu langkah pertama yang penting dalam mengembangkan pengobatan baru. Squair secara sistematis menguji segmen sumsum tulang belakang pada hewan pengerat, menggabungkan temuan ini dengan studi anatomi. Dia menemukan bahwa “tempat terbaik untuk merangsang bertepatan dengan tempat di sumsum tulang belakang yang mengandung paling banyak neuron yang relevan untuk mengendalikan tekanan darah.”

Tiga segmen toraks terakhir dari tulang belakang diperkaya dengan neuron-neuron ini. “Titik api” ini dapat ditemukan pada tikus, tikus, babi, dan primata non-manusia, dan telah dipetakan pada beberapa manusia, “dan mereka tampaknya bertahan di seluruh spesies,” kata Squair.

Pekerjaan ini sekarang didukung oleh konsorsium besar yang didanai oleh US Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), untuk memperluas kemampuan pengobatan. Misalnya, implan mungkin berguna pada fase akut cedera tulang belakang, saat tekanan darah tidak stabil.

Saat ini, masalah ini diobati dengan obat-obatan yang dapat melampaui batas terapeutiknya atau memudar, “jadi mungkin ada peran untuk ini. [implant] untuk menjaga agar orang tetap stabil saat berada di ICU atau unit tulang belakang,” jelas Squair.

Di dalam rumah sakit, perubahan tekanan darah dipantau secara hati-hati dengan jalur arteri invasif. Tetapi ketika seorang pasien meninggalkan rumah sakit, “sebenarnya tidak ada cara bagi siapa pun saat ini untuk memantau tekanan darah dengan resolusi seperti itu,” katanya. “Jadi bagian dari program DARPA adalah untuk mencoba memajukan kemampuan itu, untuk memantau tekanan darah secara potensial di setiap detak jantung.”

Uji klinis implan bekerja sama dengan ONWARD Medical dapat dimulai tahun depan, kata Squair.

Finalis tahun ini telah melakukan penelitian yang benar-benar luar biasa dan standar semua entri sangat tinggi. Karya mereka menggabungkan ilmu pengetahuan mutakhir dengan semangat kewirausahaan, sejalan dengan tujuan BII untuk meningkatkan kesehatan manusia dan planet.”

Jens Nielsen, CEO di BioInnovation Institute

Finalis

Samuel Bakhoum adalah finalis tahun 2023 untuk esainya “Targeting the undrugable”. Bakhoum menerima gelar sarjana dari Universitas Simon Fraser, gelar Ph.D. dari Dartmouth College, dan gelar MD dari Geisel School of Medicine di Dartmouth. Setelah menyelesaikan pelatihan klinisnya di Memorial Sloan Kettering Cancer Center (MSKCC) dan fellowship postdoctoral di Weill Cornell Medicine, ia memulai laboratoriumnya di Program Onkologi dan Patogenesis Manusia dan departemen onkologi radiasi di MSKCC pada tahun 2018. Penelitiannya bertujuan untuk memahami mekanisme seluler dimana ketidakstabilan kromosom mendorong perkembangan kanker.

Kaira Wagoner adalah finalis tahun 2023 untuk esainya “Membantu lebah madu membantu diri mereka sendiri”. Wagoner menerima gelar sarjana dari Guilford College dan master serta Ph.D. gelar dari University of North Carolina Greensboro. Setelah menyelesaikan beasiswa pascadoktoralnya di UNC Greensboro, Kaira memulai laboratoriumnya di departemen biologi pada tahun 2021. Penelitiannya berfokus pada komunikasi kimiawi serangga, ekologi perilaku penyerbuk, serta hama dan penyakit lebah madu.

Sumber:

Asosiasi Amerika untuk Kemajuan Ilmu Pengetahuan (AAAS)

Referensi jurnal:

Squair, JW, (2023). Konsekuensi kelumpuhan yang tak terlihat. Sains. doi.org/10.1126/science.adg7669.