I mars 2016 får det amerikanska paret Rodney och Annette Boesen ett besked som de flesta föräldrar fasar för. Deras 20-årige son har varit med om en trafikolycka.
Sonen Kris har brutit nacken, ligger i respirator och är sannolikt permanent förlamad från halsen till tåspetsarna – bortsett från ena armen som han kan röra upp och ned.
Men läkarna ger dem samtidigt hopp: Kris ska få delta i ett försök med en helt ny behandling. Mindre än en månad senare injicerar forskare tio miljoner stamceller rakt in i Kris avslitna ryggmärg.
Resultatet är högst anmärkningsvärt. Efter tre månader kan Kris använda sina armar och händer, skriva sitt namn, äta själv, bruka sin telefon, hantera en elektrisk rullstol och ge sina vänner och sin familj en kram.
Kris Boesen är långt ifrån den ende som har varit med om att vakna upp efter en olycka till ett totalt förändrat liv.
Bara i USA råkar omkring 17 500 personer årligen ut för en ryggmärgsskada, och 2,5 miljoner människor i världen lever med följderna efter skadan.
Många förlorar inte bara förmågan att röra många kroppens muskler utan kan inte heller känna beröring, kontrollera sin blås- och tarmfunktion eller ha sex som tidigare.
I mer än hundra år har forskare sökt en effektiv behandling av ryggmärgsskador utan några större framsteg, men på senare år har vetenskapen presenterat den ena framgångshistorien efter den andra.
Aldrig tidigare har så många kliniska försök pågått – bland annat transplantation av celler från andra delar av kroppen och implantation av elektroder. Det ökar hoppet hos många patienter som varje dag måste leva med följderna av en ryggmärgsskada.
Ryggmärgen förbinder kropp och hjärna
Ryggmärgen ligger skyddad av ryggradens 24 kotor och är indelad i tre regioner, som styr var sin del av kroppen. Ju högre upp de sitter, desto fler nervkopplingar skärs av, så att en större del av kroppen förlamas.
Sju halskotor
Från halskotregionen skickar nerverna elektriska signaler till och från bland annat armar, axlar och händer samt till diafragman, som är kroppens viktigaste andningsmuskel.
Tolv bröstkotor
Från bröstkotregionen skickar nerverna signaler till och från bland annat magmusklerna och muskulaturen mellan revbenen.
Fem ländkotor
Från ländkotregionen skickar nerverna signaler till och från höfter, ben, fötter, könsorgan, tarmar och blåsa.
Kroppen skadar sig själv
Kris Boesens historia börjar den 6 mars 2016, då han 20 år gammal förlorar kontrollen över sin bil och kör in i ett träd, varpå bilen krockar med en telefonmast.
Kris Boesen skadas allvarligt. Värst går det för hans nacke, där ryggraden är skadad och ryggmärgen har slitits av helt.
Den allvarliga frakturen utlöser en kedjereaktion av biologiska processer i kroppen på Kris, och hos andra som drabbas på liknande sätt. Dessa följder avgör hur bra vederbörande klarar sig på längre sikt.
Under de första 48 timmarna efter skadan, den akuta fasen, dör många celler på grund av svullnader, blödningar och lokal syrebrist.
Dessutom utlöser immunförsvaret ett inflammationstillstånd som ska skydda kroppen mot bakterier och städa undan alla döda celler. Men inflammationen leder samtidigt till att ännu fler nervceller dör.
En celltyp, som dör i stort antal under den akuta fasen är de så kallade oligodendrocyterna som producerar de myelinskidor som isolerar nervernas axoner, vilka förbinder dem med musklerna.
Utan detta isolerande lager kan nervcellerna inte kommunicera med armar, ben och organ.
Efter den akuta fasen spelar en annan celltyp, astrocyter, en avgörande roll. De börjar delas i hög hastighet och bildar ett ärr i ryggmärgen. Ärrbildningen är sannolikt anledningen till att kroppen inte på egen hand kan läka ett ryggmärgsbrott.
Injicering av celler får förlamad man på benen igen
År 2010 överfölls den då 36-årige polske brandmannen Darek Fidyka. Han knivskars i ryggen 18 gånger. Fidykas ryggmärg skars av och han förlorade all känsla och muskelkontroll från midjan och nedåt.
Han förväntades tillbringa resten av sitt liv i rullstol, men efter världens första transplantation av celler från näsan till ryggmärgen kan Fidyka nu gå med hjälp av ett gåstativ.
Tar celler från näsan
Bakom näsgången sitter luktknölen som skickar signaler från näsan till hjärnan. Det är en av få platser i kroppen där vuxna personer bildar nya nervceller.
Odlar celler i laboratoriet
Forskare avlägsnar den ena av Darek Fidykas luktknölar. Därifrån hämtar de så kallade olfactory ensheathing-celler, som de odlar och förökar i laboratoriet. Cellerna stimulerar nervceller att växa.
Injicerar celler
Kirurgerna skär upp Darek Fidykas ryggmärg vid ärret efter den gamla skadan. Över och under hålet sprutar de in cellerna via 100 mikroinjektioner.
Flyttar nerver från ankeln
Fyra nervfibrer tas från Fidykas ankel och opereras in i hans ryggmärg för att förbinda de två ändarna. Nervfibrerna fungerar som broar genom vilka nervcellerna kan växa ihop.
VIDEO – Se Darek Fidyka gå och cykla efter sin banbrytande celltransplantation:
Ärrbildningen är dock bara en av många begränsande faktorer. När ett foster utvecklas växer sig de så kallade axonerna (som förbinder nervcellerna med musklerna) längre i takt med att kroppen växer.
Men i det vuxna nervsystemet hämmas axonernas tillväxt av speciella proteiner. Proteinerna hjälper till att säkerställa att axonerna inte växer ändamålsenligt, men i den skadade ryggmärgen förhindrar samma proteiner att nervbanorna växer ihop över frakturen.
Behandling kan ge cancer
När den nyligen skadade Kris Boesen i mars 2016 läggs in på Keck Hospital, University of Southern California i USA, hamnar han mitt i ett kliniskt försök.
Han accepterar erbjudandet att delta i försöket och tackar därmed ja till att få miljontals stamceller – celler som kan utvecklas till många andra sorters celler – injicerade i sin skadade ryggmärg.
Metoden har vid den tiden bara testats i djurförsök och i betydligt mindre doser på människor.
Kris Boesen blir den förste som behandlas med ett antal celler som forskarna tror är tillräckligt högt för att kunna avhjälpa en förlamning. Men dosen är samtidigt så hög att den kan ha okända biverkningar.
Familjen Boesen förvarnas därför om att behandlingen medför en risk för att Kris kan utveckla cancertumörer eller förlora den lilla funktion som han ännu har kvar i sin ena arm.
Charles Liu är kirurgen och forskaren som leder operationen knappt en månad efter Kris olycka. Liu är vd för USC Neurorestoration Center, och tillsammans med sin grupp kirurger injicerar han försiktigt tio miljoner stamceller i Kris halskotpelare.
Stamcellerna, som kallas AST-OPC1, är förstadier till de celler som producerar nervcellernas isolerande myelinskikt.
AST-OPC1 har utvecklats från embryonala stamceller, de första cellerna från befruktade ägg, som har förmågan att utvecklas till alla celltyper i kroppen. Förhoppningen är att cellerna ska integreras i Kris vävnad och utvecklas till celler som stöder och skyddar nervceller.
Celler från hela kroppen kan hjälpa
Oligodendrocyt-stamceller (AST-OPC1) från befruktade ägg återbildar myelinskiktet runt nervcellers axoner, vilket är nödvändigt för att de ska kunna signalera till musklerna. Hittills har 17 ryggmärgsskadade fått större rörlighet.
Nervstamceller är celler från centrala nervsystemet som har förmågan att utvecklas till många celltyper. De kan hämma inflammation, ersätta förlorade celler och stimulera återbildningen av nerver.
Schwannceller skapar normalt isolerande myelinskidor till nerver utanför centrala nervsystemet, men i flera försök har de även visat sig kunna återbilda myelinskidor i ryggmärgen.
Mesenchymala stamceller kommer från bindvävnad som skyddar nervceller, bildar tillväxthämmande ämnen, dämpar inflammation och kan kanske även förhindra ärrbildning. Kliniska försök pågår.
Olfactory ensheathingceller från näsans luktknölar stimulerar nervcellernas tillväxt och bildar knippen som de kan växa längs med. Darek Fidyka återfick känsla och rörelse efter en transplantation med cellerna. Flera försök pågår.
AST-OPC1 har redan i djurförsök givit forskarna stort hopp eftersom celltypen har tre egenskaper som är avgörande för att kunna behandla ryggmärgsskador.
För det första kan AST-OPC1 utsöndra så kallade neurotrofiska faktorer som hjälper nervcellerna att växa.
För det andra kan cellerna stimulera blodkärlsbildningen. Slutligen har de förmågan att återskapa de isolerande myelinskidorna.
Alla tre faktorer krävs för att nervcellerna ska överleva och fungera, samt för att ryggmärgen ska återbilda den förlorade förbindelsen till hjärnan.
Nya celler tas upp i ryggmärgen
Kris Boesens stamcellsoperation följs av rehabträning och redan två veckor senare känner Kris de första tecknen på framsteg.
Efter tre månader har han uppnått en markant bättre mobilitet i överkroppen och kan använda armar, händer och fingrar igen.
Före behandlingen var Kris helt beroende av andras hjälp för att klara de enklaste vardagssysslor. Knappt fyra månader efter operationen kan han äta, borsta tänderna, lyfta en skivstång och skriva sitt namn.
Efter ett år kan kirurgen Charles Liu och hans kolleger se på MRI-skanningar att de transplanterade cellerna har integrerats och bildat vävnad i det område där Kris ryggmärg skadades.
Dessutom kan de konstatera att behandlingen inte ser ut att ha några allvarliga biverkningar över huvud taget.
Kris Boesen är den första patienten i en grupp om sex personer som behandlas med tio miljoner AST-OPC1-celler. Efter tolv
månader har samtliga patienter återfått förmågan att röra de delar av kroppen som tidigare var förlamade.
I en ny serie försök fördubblar forskarna antalet celler till 20 miljoner och behandlar tolv andra ryggmärgsskadade. Resultaten är även denna gång positiva. Efter ett år har 17 av de totalt 18 patienterna markant förbättrad rörlighet.
Rör armen igen efter allvarlig cykelkrasch
Under en cykeltur 2009 såg den 45-årige amerikanen Bill Kochevar inte att lastbilen framför honom tvärbromsade. Han cyklade in i lastbilen med huvudet först och ryggmärgen slets av.
Trafikolyckan gjorde honom förlamad från halsen och nedåt men åtta år senare var han först i världen att få en neuroprotes. Med hjälp av denna kan han röra armen och äta samt dricka själv.
Elektroder sätts in i hjärnan
Forskare opererar in två elektrodrader i den del av Kochevars hjärna som tidigare kontrollerade hans högra arm och hand. Elektroderna har kopplats med kablar till en dator som registrerar hjärnans signaler.
Lär sig styra virtuell arm
Under fyra månader övar sig Kochevar på att röra en virtuell arm bara genom att tänka på rörelsen. Syftet är att lära datorn vilka hjärnsignaler som krävs för att utföra varje enskild rörelse.
Elektroder stimulerar muskler
Kochevar får 36 muskelstimulerande elektroder transplanterade till över- och underarmen. Elektroderna stimulerar musklerna att under 18 veckor öka hans muskelstyrka.
Lyfter armen med tankens kraft
Forskarna kopplar ihop elektroderna i armen med datorn, som är kopplad till elektroderna i Kochevars hjärna.
När han tänker på en rörelse avkodar datorn hans hjärnsignaler och skickar en signal – utanför ryggmärgen – till elektroderna i armens muskler. Signalen får musklerna att utföra den rörelse som Kochevar tänker på.
Nytt läkemedel återförenar nerver
Kris Boesens historia och försöken med AST-OPC1 är långt ifrån de enda. Många andra nya behandlingar av ryggmärgsskador har gett lovande resultat och undersöks nu närmare i kliniska försök.
En försökskategori fokuserar på läkemedel som kan bromsa de skadliga processer som startar kroppen vid en akut ryggmärgsskada.
Förhoppningen är att läkarna på så sätt ska kunna minska skadans omfattning och skydda de celler som inte redan har dött.
Minocyklin är ett medel som forskarna har höga förväntningar på – en antibiotika som kan passera den barriär som omger ryggmärg och hjärna.
Minocyklin hämmar bland annat inflammation och celldöd och i både djurförsök och de första försöken på människor verkar behandlingen vara säker och främja mobiliteten hos en del patienter med akut ryggmärgsskada.
En annan sorts behandling fokuserar på att återuppbygga den skadade vävnaden och förlorade förbindelser, bland annat genom att stimulera kroppens egna återbildningsmekanismer och manipulera de hämmande faktorer som förhindrar att nervcellerna återskapas.
Motordrivna exoskelett, som spänns fast vid kroppen och hjälper förlamade att gå igen, har fler fördelar.
Robotskelett väcker nerverna
På senare år har många olika robotskelett utvecklats som personer med förlamning kan spänna fast utanpå kroppen för att på så sätt få mekanisk hjälp att gå och stå.
Men nu har det visat sig att exoskeletten kanske inte bara hjälper patienterna att gå.
År 2016 rapporterade forskare om en överraskande effekt av ett ettårigt träningsprogram för en grupp med förlamning som skulle lära sig att gå med så kallade exoskelett.
Åtta av patienterna fick bättre rörelse och känsla i den förlamade delen av kroppen samt bättre blås- och tarmfunktion.
Forskarna har kommit fram till att träningen aktiverar hjärnans förbindelse till de nerver som fortfarande lever efter ryggmärgsskadan.
Flera försök har inletts för att närmare undersöka effekten av exoskelett. Forskarna tittar bland annat på patienternas hjärt-kärlfunktion,
ben- och muskelmassa, gånghastighet samt återbildningen av ryggmärg.
Ny forskning inom elektrisk stimulering av ryggmärgen ger också ryggmärgsskadade hopp.
Flera patienter som tidigare var hänvisade till rullstol har efter försök med den här sortens behandling kommit på benen igen – utan att ryggraden har någon förbindelse till hjärnan.
För den nu 24-årige Kris Boesen har det skett en hel del sedan han förlorade förmågan att använda sin kropp från halsen och nedåt i mars 2016.
”Jag existerade bara. Jag hade inget liv”, har Kris sagt om tiden precis efter olyckan.
Tack vare celltransplantationen har han i dag en långt bättre livskvalitet – men för honom slutar inte kampen där.
Kris hoppas en dag kunna gå igen. Han har redan känt lite rörelse i benen och efter alla vetenskapliga genombrott väntar kanske en effektiv behandling runt hörnet.