Dehnbares Neuroimplantat zur Behandlung von Rückenmarksverletzungen

Ein schweizerisches Forscherteam hat ein weiches, dehnbares Neuroimplantat entwickelt, das in Tierversuchen die Gehfähigkeit nach einer Querschnittlähmung wiederherstellen kann. Im Gegensatz zu den meisten herkömmlichen Neuroimplantaten scheint es für den Langzeiteinsatz geeignet zu sein.

Neuroimplantat "e-Dura"

Neuroimplantat „e-Dura“

Die Forschungsleiter Stéphanie Lacour und Grégoire Courtine und ihr Team von der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL), Schweiz, haben ein Implantat entwickelt, das es querschnittgelähmten Ratten ermöglicht, durch eine Kombination von elektrischer und chemischer Stimulation und anschließendem Bewegungstraining die Gehfähigkeit wiederzuerlangen.

Zunächst klingt das nach nichts Neuem, denn durch den Einsatz von Neuroimplantaten war Ähnliches in der Vergangenheit bereits anderen Forschern gelungen. Jedoch bestehen die verwendeten Implantate aus einem harten, unflexiblen Material, das starr auf Gehirnoberfläche oder Rückenmark verharrt, wenn das umgebende Nervengewebe sich bewegt. Langfristig werden so Schäden und/oder Entzündungen hervorgerufen, es kann zu Narbenbildung und schlimmstenfalls zu einer Abstoßungsreaktion kommen und das Implantat muss entfernt werden.

e-Dura: Implantat für den Langzeiteinsatz

Genau diesem Problem haben sich nun die Forscher der EPFL gewidmet und ein Implantat entwickelt, das ähnliche Eigenschaften wie lebendes Gewebe hat. Es ist weich, flexibel und kann gleichzeitig elektrische Impulse und pharmakologische Substanzen freisetzen. Das Risiko von Entzündungen, Schäden bzw. Abstoßungsreaktionen konnte erheblich reduziert werden. Lacour und ihr Team glauben, dass e-Dura bis zu zehn Jahre im menschlichen Körper verbleiben könnte, bevor es ersetzt werden muss.

Die Bezeichnung für das neuentwickelte System für den Einsatz an Rückenmark und Gehirn, electronic Dura oder kurz e-Dura, leitet sich von dem Fachbegriff für die Gehirn und Rückenmark umgebende Membran, der Dura Mater, ab. Laut Lacour haben beide vergleichbare mechanische Eigenschaften, weshalb das e-Dura Implantat eine lange Zeit auf dem Rückenmark oder der Cortex verbleiben könne. Dies eröffne neue Behandlungsmöglichkeiten, vor allem für Patienten mit traumatischer Querschnittlähmung.

Die verwendeten flexible Materialien verhalten sich ähnlich wie lebendes Gewebe.

Die verwendeten flexible Materialien verhalten sich ähnlich wie lebendes Gewebe.

Das e-Dura-Implantat wurde mit dem Ziel, ein Produkt für den Langzeiteinsatz zu schaffen, in einem disziplinübergreifenden Projekt von Spezialisten aus Materialwissenschaft, Elektronik, Neurowissenschaften, Medizin und algorithmischer Programmierung entwickelt. Sein Trägermaterial ist transparentes Silikonsubstrat, auf das Leiterbahnen aus Gold und Elektroden aus einem Verbundwerkstoff aus Silizium und Platin aufgetragen sind. Zusätzlich verfügt das Implantat über einen Mikrokanal, der mit pharmakologischen Substanzen zur Nervenstimulation gefüllt wird. Somit kann e-Dura sowohl elektrische Impulse als auch Neurotransmitter über die Läsionsstelle im Rückenmark transportieren.

Das Implantat kann wie lebendes Gewebe verformt werden. Da die Leiterbahnen nicht aus einem Guss, sondern mit Mikrorissen versehen sind, brechen sie nicht. Das heißt, das Material kann gedehnt oder gebogen werden ohne in seiner Funktion beeinträchtigt zu werden.

Tierversuche erfolgreich

Im Tierversuch mit e-Dura wurde Ratten eine Querschnittlähmung zugefügt. Dann wurde das Implantat nahe der Läsionsstelle unter die Dura Mater der Tiere eingesetzt. Nach einigen Wochen Bewegungstraining hatten die Versuchstiere die Gehfunktion zurückerlangt. Auch die Bioverträglichkeit der e-Dura wurde protokolliert: Auch zwei Monate, nachdem das Implantat eingesetzt worden war, zeigten sich keine Gewebeveränderungen, Entzündungen oder Abstoßungsreaktionen. Zudem konnten die Forscher erkennen, wenn die Tiere eine Bewegung ausführen wollten, noch bevor die Absicht in eine Bewegung umgesetzt wurde. Welche Auswirkungen das e-Dura Implantat auf andere Funktionsstörungen bei Querschnittlähmung hat, lässt die schweizerische Publikation offen.

Die Forscher hoffen, die Methode in Zukunft zur Behandlung von Rückenmarksverletzungen am Menschen einsetzen zu können und bezeichnen ihre Ergebnisse als vielversprechend. Eine klinische Studie am Menschen wäre der nächste Schritt auf dem Weg zu einem Standardverfahren. Wann und ob e-Dura aber beim Menschen zum Einsatz kommt ist fraglich. Denn wie bei allen Tierversuchen gilt: Ergebnisse sind nicht bedingungslos von Ratten auf Menschen übertragbar und die optimalen Bedingungen (glatter Schnitt im Rückenmark in einer sterilen Umgebung) werden Querschnittpatienten in der Praxis kaum aufweisen. 

Siehe auch: Gehfähigkeit mit Gehirn- und Rückenmarksimplantaten wiederhergestellt

Fragen & Kommentare

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  1. susy greb 20.10.2015, 21:33 Uhr

    gibt es Möglichkeiten an Studien teilzunehmen – ich wäre interessiert – wie kommt man dazu…?

    • Tanja Konrad 21.10.2015, 09:25 Uhr

      Guten Tag Frau Gerb,

      verschiedene Universitäten und Querschnittzentren (siehe: Kliniken zur Behandlung von Querschnittlähmungen in Deutschland, Österreich und der Schweiz) beschäftigen sich mit der Forschung zur Behandlung von Querschnittlähmung und führen regelmäßig Studien in unterschiedlichen Bereichen durch. International fördern mehrere Organisation (z. B. die Christopher und Dana Reeve Foundation oder Wings for Life) Studien an Kliniken und Universitäten.

      Sobald diese Einrichtungen Studienteilnehmer suchen, schreiben sie dies auf ihrer Website aus und machen meist auch über die Social Media darauf aufmerksam.

      Menschen, die die Voraussetzungen (die je nach Forschungsbereich unterschiedlich sein können) erfüllen, melden sich auf diese Aufrufe hin und werden je nach Eignung zur Teilnahme ausgewählt. Eine lokale oder zumindest regionale Nähe, sollte dabei fast immer gegeben sein, damit Forscher und Teilnehmer über einen längeren Zeitraum in engem, persönlichen Kontakt stehen können.

      Auf Der-Querschnitt.de und vor allem auf unserer Facebook-Präsenz bemühen wir uns auf aktuelle Studien aufmerksam zu machen; vermitteln können wir Teilnehmer allerdings nicht.

      Viele Grüße
      Tanja Konrad

  2. Robert Klemps 07.02.2015, 13:12 Uhr

    Sehr geehrte Damen und Herren,

    leider ist mir aus dem Artikel nicht so ganz klar geworden, wie das Implantat bei Ratten funktioniert.

    Werden hierbei die unterhalb der Läsionsstelle verlaufenden Motoneurone (soweit sie überhaupt noch leben) mit Pharmaka und Elektroimpulsen stimuliert oder

    wachsen die durchtrennten zentralen Neurone mit Hilfe des Implantats wieder zusammen?

    Dass inkomplett querschnittsgelähmte Ratten durch motorisches Training wieder zu laufen gebracht werden können, ist zunächst eigentlich nichts Neues und ja auch bei QS-Patienten häufig der Fall.

    Auch ist der Bewegungsvorgang bei vierfüßigen Säugern wie z.B. Ratten deutlich weniger komplex bzw. neuromotorisch aufwendig als z.B. beim Menschen, sodass bei Tieren durch Training viel mehr erreicht werden kann.

    Dennoch ist es sehr erfreulich, dass man immer wieder – wenn auch spärlich – von Fortschritten auf dem QS-Forschungssektor hört, obwohl freilich jedesmal allzu große Erwartungen bez. der Anwendung beim Menschen gedämpft werden.

    Mein Eindruck ist, dass bundes- bzw. weltweit vergleichsweise wenig zum Thema Querschnittslähmung und dessen Heilung geforscht wird. Meist sind es nur kleine, versprengte Arbeitsgruppen, die nur wenig oder gar nicht vernetzt sind und mehr oder minder im Grundlagenbereich von Rückenmarksverletzungen bei Tieren forschen.

    Insofern stellt sich mir die Frage, wann es endlich ein richtiges Forchungszentrum, ähnlich der Krebsforschung in Heidelberg, für Rückenmarsksverletzungen in Deutschland geben wird.

    Beste Grüße,

    R. Klemps

    • Tanja Konrad 10.02.2015, 10:25 Uhr

      Guten Tag Herr Klemps,

      das Implantat funktioniert wie ein Neuro-Bypass und ermöglicht so eine Überbrückung der Läsionsstelle. Die Impulse können so über die Verletzung hinweggeleitet werden; ein Zusammenwachsen von durchtrennten Neuronen, das zu einer Wiederherstellung der Funktionen führen könnte, findet nicht statt.

      Im Vergleich zur Krebsforschung ist der Querschnittbereich ein verschwindend kleiner Bereich, was die Forschergruppen als auch die Forschungsgelder anbelangt.

      International findet zunehmend mehr Austausch statt. Die Organisation Wings for Life (siehe: Wings for Life – Die Organisation) versucht die Forschung zur Heilung von Rückenmarksverletzungen zu bündeln und die weltweiten Forschergruppen zu vernetzen. Eine Einschätzung zu aktuellen Stand der Forschung gibt Wings for Life hier: Wings for Life über die Heilung von Rückenmarksverletzungen, macht jedoch bei aller Euphorie klar, dass es noch ein langer Weg sein wird, bevor Rückenmarksverletzungen heilbar sein werden.

      Viele Grüße

      Tanja Konrad

      • Robert Klemps 10.02.2015, 13:45 Uhr

        Liebe Frau Konrad,

        herzlichen Dank für Ihre ausführliche Antwort.

        Ich kann es mir einfach nicht verkneifen, noch einmal zur QS-Forschung etwas zu bemerken.

        Wie man nachlesen kann, belaufen sich die Kosten eines QS-Patienten über seine Lebensspanne gerechnet mehrere Hundertausend Euro.

        Insofern könnte man denken, dass es weltweit dringenden Handlungsbedarf gibt, die „Neuro-Forschung“ in den Dienst der Heilung von QS zu stellen.

        Ökonomisch sieht das allerdings etwas anders aus: Die hohen Kosten stellen auch gleichzeitig einen immensen „Markt“ dar, der u.a. auch Beschäftigung hierzulande sichert.

        Wäre es z.B. aussichtsreich, einen neu entwickelten pharmakologischen Wirkstoff zur Heilung von QS-Patienten einzusetzen, der ähnlich wie in der Krebstherapie hochpreisig vermarktbar ist, sehe die Sache schon anders aus.
        Es würde sich nämlich „lohnen“, Forschung auf diesem Gebiet wg. der Aussicht auf lukrative Gewinne zu betreiben.
        Und dieser Antrieb war schon immer erfolgreich.

        Weil das aber leider nur ein schönes Märchen ist, dümpelt die QS-Forschung schwerfällig vor sich her.

        Sicher ist dieser Beitrag nicht ganz ohne Zynismus, wofür ich mich abschließend entschuldigen möchte.

        Beste Grüße,

        R. Klemps

        • Tanja Konrad 11.02.2015, 08:03 Uhr

          Guten Tag Herr Klemps,

          wenn es um die Gesetze von Angebot und Nachfrage auf dem Markt geht, ist Ihr Zynismus wahrscheinlich nicht ganz unangebracht und vielen Lesern sicher nicht fremd. Tatsächlich finanziert sich der größere Teil der Forschung zur Heilung von Querschnittlähmung durch Spendengelder, nicht durch öffentliche Mittel.

          Wir danken Ihnen für Ihr Kommentar und den Austausch mit Ihnen.

          Viele Grüße

          Tanja Konrad

        • Tanja Konrad 27.03.2015, 10:35 Uhr

          Lieber Herr Klemps,
          sicher ist die Forschung zum Thema Rückenmarksverletzung nicht so gut aufgestellt wie die Krebsforschung. Es gibt allerdings – auch in Deutschland – Bemühungen aus verschiedenen Fachrichtungen. Eine Pressemitteilung des DWI Aachen könnte Sie vielleicht interessieren. Siehe:
          Forschung an injizierbaren Hydrogelen für die Therapie von Rückenmarksverletzungen
          .
          Ansonsten hätten Sie vielleicht Interesse ihre Ansichten und Fragen mit Experten zum Thema Querschnittlähmung auf der DMGP im Juni in Kassel zu diskutieren, die eine Plattform für den persönlichen und fachlichen Austausch bietet.
          Herzliche Grüße
          Tanja Konrad

          • Robert Klemps 29.03.2015, 14:58 Uhr

            Liebe Frau Konrad,

            Frau De Laporte kann man mit dieser „Hydrogel-Brückentechnik“ nur viel Erfolg wünschen. Ob die in der Pressemitteilung genannten Finanzmittel von 1,5 Mio Euro als hinreichend oder gar üppig bezeichnet werden können, ist für Außenstehende sehr schwer einzuschätzen.
            Erfreulich ist es allemal, dass auch öffentl. Mittel für Forschung im Bereich RM-Verletzung bereitgestellt werden.

            Aussichtsreich scheint mir auch der in der Forschung verfolgte Ansatz, die RM-Regeneration von mehreren Seiten her anzugehen, sei es durch Neuroimplantate, der Hemmung von NOGO-Proteinen, dem Einsatz von Stammzellen oder der Anwendung neuer Wirkstoffe.

            Dennoch: Es wird zumeist bei hoffnungsträchtigen Mitteilungen aus der Forschung nicht auf den Hinweis verzichtet, daß mit einer Heilung bei RM-Verletzungen zunächst nicht in den kommenden Jahren gerechnet werden kann, wenn überhaupt…usw.

            Ich danke Ihnen sehr herzlich für die Anregung zum fachlichen Austausch anläßlich der DMGP in Kassel.

            Herzliche Grüße,

            Robert Klemps