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