HETANEWS.com - Sharon Laudisi, yang menjalankan perusahaan konsultan energi hijau, sedang mengemudi untuk menemui klien di Brooklyn, New York, pada 2019, ketika dia menabrak.

Dia berakhir di rumah sakit, tetapi dipulangkan keesokan harinya, dikirim pulang untuk merawat lengannya yang memar. Sesampai di rumah, ia langsung menuju kamar mandi.

Saat itulah dia menyadari bahwa dia tidak bisa mengancingkan celananya. Jempol kirinya tidak mau bergerak, dan dia kehilangan kemampuan untuk merasakan apa pun dengannya.

“Saya pergi ke 15 dokter, semuanya memberi tahu saya, 'Lupakan ibu jari Anda. Ini tidak akan berhasil. Itu tidak akan bengkok. Beradaptasi saja,'” kata Laudisi.

Tapi hidup tanpa menggunakan ibu jarinya berarti dia berjuang untuk berpakaian, memegang kunci, membuka botol, atau menggunakan setrika atau pengering rambut untuk menata rambutnya. Tak lama, dia terpaksa memakai wig.

Lebih dari setahun setelah kecelakaannya, seorang spesialis ortopedi memberitahunya tentang uji klinis di Institut Penelitian Medis Feinstein di Manhasset, New York, yang mungkin membantunya.

Pada November 2020, Laudisi bertemu dengan para peneliti yang menjelaskan bahwa daripada menggunakan obat-obatan atau terapi fisik, mereka mungkin dapat menyembuhkan ibu jarinya dengan listrik.

“Mereka tidak menjanjikan apa-apa,” katanya, tapi setidaknya mereka memberinya harapan.

Dalam kasus penyakit Parkinson, Memasukkan elektroda ke dalam substansia nigra untuk mengirimkan semburan listrik berkala, seperti alat pacu jantung, dapat merangsang neuron yang tersisa untuk melepaskan lebih banyak dopamin daripada biasanya untuk mengimbangi kehilangan dan membantu meringankan gejala, seperti tremor. Foto:
ALAMY STOCK PHOTO

Kemajuan terbaru dalam bidang teknik dan biologi menunjukkan bahwa listrik dapat mengobati kondisi seperti kelumpuhan, depresi, dan kondisi autoimun.

Dokter telah menunjukkan selama beberapa dekade bahwa adalah mungkin untuk mengobati beberapa pasien dengan epilepsi atau penyakit Parkinson menggunakan stimulasi otak dalam (DBS)—di mana elektroda ditanamkan secara pembedahan jauh di dalam otak untuk merangsang neuron tertentu secara elektrik.

Apa yang berbeda sekarang adalah bahwa ada kumpulan penyakit yang berkembang yang diyakini para ilmuwan juga dapat merespons rangsangan listrik, yang dikirim dari dalam dan luar tubuh.

Gagasan menggunakan listrik untuk memodulasi aktivitas otak pada penyakit seperti depresi berat mendapatkan momentum baru di tahun 2010-an.

“Ini mencapai titik kritis sekitar sepuluh tahun yang lalu,” kata Kevin Tracey , seorang ahli bedah saraf dan CEO di Institut Feinstein untuk Penelitian Medis. Tetapi setelah beberpa penelitian kecil menunjukkan hasil yang menjanjikan, dua uji klinis besar DBS untuk depresi berat gagal menunjukkan kemanjuran.

Uji coba tersebut “membiarkan semua udara keluar dari ruangan,” kata Sameer Sheth , ahli bedah saraf di Baylor College of Medicine. “Itu sangat mengecewakan.”

Yang lebih besar dari dua percobaan berhenti mendaftarkan pasien setelah enam bulan. Tidak ada pengumuman yang dipublikasikan pada saat itu, tetapi beberapa blogger mempublikasikan berita bahwa St. Jude, sponsor studi, telah menghentikan pendaftaran.

Meskipun demikian, St. Jude Medical dan Abbott , yang telah membeli St. Jude, setuju untuk terus mengikuti pasien, yang telah memasang elektroda melalui pembedahan, untuk mengetahui efek samping atau perubahan suasana hati.

Meskipun memakan waktu hingga dua tahun, setengah dari pasien dengan implan akhirnya mengalami perbaikan dramatis dalam gejala depresi mereka, tetapi pada saat itu sudah terlambat; sidang sudah berakhir.

Pada tahun 2020, para peneliti di Institut Feinstein berharap mereka dapat mengaktifkan kembali ibu jari Laudisi, tanpa operasi, dengan memberikan rangsangan listrik dari luar tubuhnya.

Mereka membuat tambalan seukuran kartu kredit dengan sekitar 100 elektroda dan menempelkannya ke permukaan kulit Laudisi di bagian belakang lehernya.

Di sana itu merangsang saraf yang berjalan ke sumsum tulang belakang dan menyebar ke ibu jarinya. Dia merasakan sensasi di kepalanya pada awalnya. “Rasanya seperti getaran atau pin kecil,” katanya.

Puas dengan pemosisian dan efeknya, para dokter menjadwalkannya untuk pertemuan rutin. Sekali seminggu selama delapan minggu dia mengunjungi lab selama satu jam untuk terapi bioelektrik di mana para ilmuwan menempelkan elektroda ke lehernya dan mengirim sinyal listrik ke tulang punggungnya.

Perawatan mulai bekerja dalam beberapa minggu pertama, memungkinkan Laudisi menggoyangkan ibu jarinya. Sembilan bulan kemudian, dia ingat dia berada di janji rutinnya di salon kuku ketika tiba-tiba dia bisa merasakan teknisi menggores kuku jempol kirinya.

Ibu jarinya tidak sekuat sebelum kecelakaan, tapi hari ini dia bisa menggunakannya untuk membuka botol soda. Dia bisa merasakan sensasi lagi.

"Saya tidak 100 persen, tapi saya bisa mengambilnya," katanya sambil mendemonstrasikan melalui Zoom bagaimana dia membuka dan mengencangkan tutup botol soda. Dia menganggap perawatan listrik "keajaiban zaman modern."

Mendengarkan dulu

Bagaimana listrik memodifikasi neuron dan membantu mereka bekerja kembali tampaknya bervariasi untuk penyakit yang berbeda.

Penyakit Parkinson menyerang populasi neuron tertentu yang menghasilkan neurotransmitter dopamin di bagian kecil otak yang disebut substantia nigra. Saat neuron ini mati, penurunan dopamin menyebabkan gejala Parkinson seperti tremor.

Memasukkan elektroda ke area ini untuk mengirimkan semburan listrik secara berkala, seperti alat pacu jantung, dapat merangsang neuron yang tersisa untuk melepaskan lebih banyak dopamin daripada biasanya untuk mengimbangi kehilangan dan membantu meringankan gejala.

Untuk epilepsi, elektroda dapat membantu menenangkan neuron yang terlalu aktif yang memulai kejang. Tetapi untuk mengobati penyakit lain, metodenya tidak semudah itu.

“Ada sejumlah mekanisme yang berkembang,” kata Sheth dari ahli bedah saraf Baylor College. “Dan kami tidak memahaminya sepenuhnya.”

Sheth dan rekan-rekannya tidak siap untuk menyerah pada gagasan stimulasi otak dalam untuk depresi setelah mendengar tentang percobaan yang dibatalkan pada tahun 2013. Seperti banyak ilmuwan, mereka masih percaya bahwa pengobatan tersebut memiliki potensi.

Mungkin salah satu alasan mengapa uji coba tersebut tidak berhasil secara universal adalah karena “itu adalah satu ukuran yang cocok untuk semua terapi yang diterapkan pada pasien tersebut. Dan, Anda tahu, depresi bukanlah satu ukuran yang cocok untuk semua, ”katanya.

Meskipun pasien dengan Parkinson semuanya memiliki neuron yang rusak di area otak yang sama, pasien epilepsi jauh lebih beragam.

Sebelum menggunakan pengobatan untuk mengurangi kejang, para ilmuwan harus menggunakan elektroda untuk memetakan dan merekam aktivitas otak setiap pasien selama beberapa hari untuk menentukan dari mana kejang mereka berasal. Hanya dengan begitu mereka akan tahu di mana memodulasi aktivitas listrik.

Obat presisi untuk otak

Sheth dan timnya bertanya-tanya apakah mereka dapat menggunakan teknik serupa untuk mengidentifikasi sirkuit otak yang tidak teratur pada pasien dengan depresi berat dan meluncurkan uji klinis untuk mencari tahu.

Ketika pandemi COVID-19 pecah di Amerika Serikat pada Maret 2020, Sheth dan timnya berada di rumah sakit bekerja dengan pasien percobaan pertama mereka , seorang pria berusia 37 tahun yang depresi beratnya telah bertahan selama bertahun-tahun dan telah melawan berbagai perawatan.

Untuk mengidentifikasi area otak pria mana yang memicu depresi, mereka menanamkan 10 elektroda di beberapa wilayah yang sebelumnya terlibat dalam penyakit tersebut. Kemudian mereka memantau dan merekam impuls listrik antar neuron selama 10 hari saat mereka menahannya di rumah sakit.

“Rekaman-rekaman itu benar-benar mempersonalisasi pemahaman kita tentang jaringan depresi pasien tunggal itu—jaringan yang mengatur suasana hati dan proses kognitif afektif untuk benar-benar menelusuri apa yang salah,” kata Sheth.

Selanjutnya, mereka mulai mengirimkan pulsa listrik periodik ke dua wilayah otak tertentu yang dianggap terlibat dalam mengatur perasaan positif dan negatif: singulat subkallosal dan striatum ventral.

Dalam beberapa hari pertama pengobatan, pria tersebut melaporkan lebih dari 50 persen pengurangan gejala depresi. Setelah 22 minggu, dokter mengatakan depresinya dalam remisi.

Setelah 37 minggu, para ilmuwan mengurangi stimulasi sebesar 25 persen per minggu, sampai nol, untuk melihat apakah gejalanya berubah. Dia melaporkan peningkatan yang stabil dalam kecemasan dan suasana hati yang memburuk.

Ketika para peneliti mengaktifkan kembali elektroda, gejalanya menghilang sekali lagi, menunjukkan bahwa stimulasi yang sedang berlangsung bertanggung jawab atas suasana hatinya yang membaik, dan jika terus berlanjut, ia kemungkinan akan tetap dalam remisi.

"Dia baik-baik saja," kata Sheth. “Dia menjalani kehidupan yang jauh lebih penuh. Dia sedang bekerja. Hubungan sosialnya berjalan sangat baik.”

Tahun lalu dia mengunjungi mahasiswa doktoral Sheth untuk membantu memberikan kuliah tentang depresi. Sejak laporan pertama itu, tim Sheth telah merekam dan menanamkan elektroda terapeutik pada dua pasien lagi dengan depresi berat.

"Kami mulai melihat bahwa dua pasien pertama kami, secara keseluruhan, memiliki pola yang sedikit berbeda yang memprediksi suasana hati yang lebih baik versus lebih buruk," katanya, seraya menambahkan bahwa dia masih menganalisis data dari pasien ketiga.

"Obat presisi ini, pendekatan individualisasi ini, saya pikir ini akan menjadi penting."

Memperkuat sinyal

Pada 2010-an, Chad Bouton , seorang insinyur dan peneliti medis di Institut Penelitian Medis Feinstein, bereksperimen dengan elektroda yang ditanamkan di otak untuk membantu pasien yang lumpuh mendapatkan kembali gerakannya.

Namun pada 2019, dia bertanya-tanya apakah dia bisa menggunakan listrik untuk membantu pasien tanpa membuka tengkorak sama sekali. Dalam kebanyakan kasus rasa sakit atau mati rasa di ekstremitas setelah kecelakaan, saraf atau sumsum tulang belakang hanya sebagian terputus.

Sepertinya itulah yang terjadi pada cedera ibu jari Sharon Laudisi, yang berarti sejumlah kecil sinyal listrik dari otak dapat berpindah antara otak dan ekstremitas; itu tidak cukup untuk memicu sensasi atau memulai gerakan.

Bouton dan timnya menduga bahwa jika mereka dapat memperkuat sinyal, mereka mungkin dapat membantu otak Laudisi berkomunikasi dengan ibu jarinya lagi. Tetapi untuk melakukannya, mereka perlu memetakan koneksi saraf yang dia tinggalkan.

Untuk menentukan penempatan yang ideal dari tambalan elektroda di leher Sharon, tim merangsang, memindahkan tambalan, merangsang, dan memindahkan tambalan, sampai mereka menemukan lokasi yang memungkinkan tambalan itu berkomunikasi hanya dengan tangannya, dan tidak mengirim sinyal yang salah ke seluruh tubuhnya.

Merangsang tambalan di leher Laudisi seperti menaikkan volume pada speaker yang sebagian terhalang oleh perabot.

Begitu mereka menemukan penempatan yang memaksimalkan sinyal ke ibu jarinya, Sharon memakai tambalan elektroda seminggu sekali selama satu jam setiap kali selama total delapan minggu.

Pada akhir waktu itu, Laudisi mampu menghasilkan kekuatan 715 persen lebih banyak dengan ibu jarinya. Hari ini, ibu jarinya tidak sekuat atau sefleksibel dulu, tapi dia bisa mengklik pena, menggunakan kuncinya, dan mengancingkan kemeja.

"Saya tidak berpikir ada kata-kata untuk menggambarkan betapa mengesankannya itu," katanya.

Bouton mengatakan dia belum bisa memperkirakan berapa biaya perawatan semacam itu jika disetujui oleh FDA tetapi dia yakin "itu akan terjangkau dan dapat diakses oleh banyak orang yang bisa mendapat manfaat darinya."

Peradangan hubungan arus pendek

Ketika dia dilatih untuk menjadi ahli bedah, Tracey, CEO Institut Feinstein, merawat seorang anak di unit luka bakar di Rumah Sakit New York. Dia mati di pelukannya. "Kami tidak tahu karena apa dia meninggal," katanya.

“Itu menghantui.” Tapi kemudian, setelah mengetahui dia meninggal karena sepsis, dia memutuskan untuk mengabdikan penelitian masa depannya untuk kondisi tersebut.

Dia dan timnya menemukan protein, faktor nekrosis tumor (TNF), yang mereka yakini bertanggung jawab atas kematian gadis itu.

Para peneliti melanjutkan untuk menggambarkan peran TNF dalam mempromosikan peradangan untuk menetralisir patogen yang menyerang seperti bakteri dan virus, dan kemampuannya yang lebih jahat untuk menyerang jaringan tubuh sendiri.

Peradangan yang berlebihan dapat menyebabkan sepsis, syok, dan bahkan badai sitokin—hasil dari sel imun hiperaktif yang dapat memperburuk penyakit seperti COVID-19 dengan merusak jaringan yang coba dilindungi dan disembuhkan oleh sistem kekebalan.

Jika Anda dapat memblokir TNF pada pasien dengan tingkat sitokin yang sangat tinggi, "Anda dapat memotong bahan bakar untuk penyakit ini," kata Tracey.

Temuan Tracey pada 1980-an mengarah pada pengembangan obat untuk menghambat protein TNF dan mengurangi peradangan.

Beberapa obat semacam itu, seperti Enbrel dan Remicade, sekarang digunakan untuk mengobati penyakit autoimun di mana sistem kekebalan seseorang menghancurkan jaringan sehat mereka sendiri.

Tapi obat itu tidak bekerja untuk setiap pasien, jadi Tracey berpikir mungkin ada cara yang lebih baik untuk menargetkan peradangan.

Dia menduga karena sistem saraf otonom secara refleks mengontrol tekanan darah, pencernaan, dan proses lainnya, pasti ada refleks yang mengontrol peradangan.

Dia memusatkan perhatian pada saraf vagus , paket padat sekitar 100.000 serabut saraf yang berjalan dari otak, di sepanjang setiap sisi leher Anda melewati jantung , paru-paru, dada, dan sampai ke usus besar.

“Kami menemukan bahwa sinyal listrik di saraf vagus seperti garis rem di mobil Anda. Ini menghentikan sistem TNF, sistem inflamasi, agar tidak lepas kendali,” kata Tracey.

Penelitian pada hewan menunjukkan bahwa jika saraf vagus dipotong, peradangan yang merusak dapat meningkat, memperburuk penyakit autoimun.

Dia dan timnya mengembangkan perangkat implan, kurang dari satu inci panjangnya, yang berada di dalam leher, memborgol saraf vagus untuk merangsangnya, sehingga mengurangi produksi TNF yang berbahaya.

Perangkat awal dilekatkan pada baterai yang akan ditanamkan di bawah klavikula pasien, tetapi versi yang lebih baru seukuran kuku kelingking Anda dan dapat diisi dengan mengenakan kerah pengisi daya logam sekali setiap minggu atau lebih.

Neuron yang menyusun saraf vagus terlibat dalam berbagai proses, Tracey menjelaskan, tetapi perangkat hanya menargetkan yang mengatur TNF karena mereka hipersensitif dibandingkan dengan sel saraf di sekitarnya

Ada ratusan uji klinis yang terdaftar di clinicaltrials.gov yang menguji bentuk stimulasi saraf vagus untuk mengobati kondisi dari COVID-19 hingga nyeri kronis.

Beberapa aplikasi memiliki lebih banyak dukungan ilmiah daripada yang lain, kata Tracey, mengutip pemulihan stroke — yang perangkat saraf vagusnya telah disetujui oleh FDA — dan mengendalikan peradangan.

Untuk indikasi lain, ia menekankan bahwa para ilmuwan mungkin belum benar-benar memahami mekanismenya. Dia juga meragukan mereka yang mengklaim merangsang saraf dari luar kulit daripada dengan menanamkan elektroda.

"Bagaimana kamu tahu apa yang kamu lakukan?" dia bertanya, menekankan bahwa peneliti harus mulai dengan mengidentifikasi target spesifik seperti TNF sebelum menguji terapi.

Listrik dimana-mana

Meskipun para ilmuwan sering berpikir tentang komunikasi listrik yang terjadi antara neuron, Michael Levin seorang ahli biologi dan ilmuwan komputer di Wyss Institute di Boston, menyoroti bahwa setiap sel dalam tubuh berkomunikasi melalui listrik.

Sel memiliki saluran di membran mereka yang membuka dan menutup, memungkinkan ion bermuatan mengalir masuk dan keluar dari sel tetangga, mempengaruhi bagaimana sel tumbuh dan bekerja sama.

Seiring dengan sinyal molekuler, gradien listrik antar sel membantu memberi tahu janin yang sedang berkembang bahwa ia harus membuat dua mata, misalnya, dan seberapa jauh jaraknya.

“Itu benar-benar masa depan ini, memanipulasi aliran informasi alami itu. Kami ingin dapat memprogram sesuatu dengan mata uang yang tepat yang digunakannya, ”kata Levin.

Alih-alih merangsang sel individu, Levin bekerja untuk mengubah distribusi spasial sinyal elektronik di berbagai area tubuh untuk mendorong kelompok sel bekerja sama untuk menyembuhkan atau beregenerasi.

Dia menyamakan strateginya dengan perangkat lunak pemrograman untuk perangkat keras genetik tubuh. Itu berarti bahwa perawatan bioelektrik bisa jauh melampaui stimulasi sel individu dengan elektroda.

Pada katak, misalnya, ia dan timnya telah menggunakan analisis komputasi untuk menentukan lingkungan listrik yang ideal untuk merangsang regenerasi anggota tubuh.

Ketika mereka berudu, hewan-hewan ini dapat menumbuhkan kembali jaringan yang hilang, tetapi saat mereka dewasa, mereka kehilangan sebagian besar kemampuan itu.

Analisis memungkinkan dia untuk memilih lima obat yang akan membuka dan menutup saluran pada sel untuk mencapai keadaan listrik yang diinginkan. Setelah mengamputasi kaki belakang hewan tersebut, mereka membuat bioreaktor yang dapat dipakai yang diisi dengan lima obat tersebut.

Setelah hanya 24 jam memakai reaktor, anggota tubuh hewan itu terus tumbuh kembali selama 18 bulan. Anggota badan yang baru tidak sepenuhnya tumbuh kembali, tetapi memiliki kulit, tulang, pembuluh darah, dan saraf.

Ini akan memakan waktu, Levin menjelaskan, bagi para ilmuwan untuk memisahkan berbagai keadaan listrik yang memandu aktivitas dan perkembangan sel manusia. Tapi setelah itu, dia percaya ada sedikit hambatan di jalan kemajuan.

Banyak obat yang bisa digunakan dalam terapi ini, seperti yang ada di bioreaktor katak, sudah ada. Para ilmuwan hanya perlu tahu bagaimana dan kapan menggabungkannya untuk membangun lingkungan listrik yang mungkin dibutuhkan tubuh.

Stimulasi otak dalam dan stimulasi saraf vagus adalah "aplikasi yang baik," obat bioelektrik, kata Levin. "Saya hanya ingin orang-orang mengerti bahwa ini adalah puncak gunung es."

Sumber: nationalgeographic.com