Neurotechnologie zur Behandlung von Querschnittlähmungen

Drei Patienten mit chronischer Querschnittslähmung können dank der Elektrostimulation des Rückenmarks über ein drahtloses Implantat wieder gehen. Eine neue Schweizer Studie zeigt, dass die Patienten nach einigen Monaten Training in der Lage waren, zuvor gelähmte Beinmuskeln zu kontrollieren – auch ohne elektrische Stimulation.

Drei Querschnittgelähmte, die sich vor mehreren Jahren Verletzungen der Halswirbelsäule zuzogen, können dank neuer Rehabilitationsmethoden, die eine gezielte elektrische Stimulation des Lendenwirbels und eine gewichtsgestützte Therapie kombinieren, mit Gehhilfen wieder gehen.

Wiedererlangte neurologische Funktion bleibt auch nach Training erhalten

Diese neueste, im November 2018 im Fachmagazin Nature und Nature Neuroscience veröffentlichte Studie beschreibt ein neuartiges therapeutisches Konzept zur Verbesserung der Regeneration von Funktionen nach Eintritt einer Querschnittlähmung. Alle an der Studie beteiligten Patienten haben eine chronische Querschnittlähmung und konnten die willentliche Kontrolle der Beinmuskeln wiedererlangen. Im Gegensatz zu den Ergebnissen zweier unabhängiger Studien, die kürzlich in den USA über ein ähnliches Konzept veröffentlicht wurden, zeigte sich, dass die neurologische Funktion auch nach dem Training erhalten bleibt, wenn die elektrische Stimulation ausgeschaltet wurde (vgl.: Epidurale Elektrostimulation: Neues von The Big Idea).

Das Team des Swiss Federal Institute of Technology (EPFL) in Lausanne um Grégoire Courtine und Jocelyne Bloch vom Universitätskrankenhaus Lausanne mit dem Titel STIMO (STImulation Movement Overground) freut sich über die guten Ergebnisse: Die Methode erreiche eine große Genauigkeit bei der elektrischen Stimulation des Rückenmarks – und drüber hinaus.

Die Methode: Vom Nager zum Mensch

Die Studienteilnehmer Sebastian Tobler, Gert-Jan Oskam und David Mzee mit Studienleiter Grégoire Courtine (hinten).

Seit vielen Jahren beschäftigen sich Courtine und Kollegen, sich mit der neuen Methode. Erste Erfolge vermeldeten sie schon 2015 und 2016 als Ratten mit dem Implantat und der entsprechenden Stimulation die Gehfähigkeit wiedererlangt hatten (siehe: Gehfähigkeit mit Gehirn- und Rückenmarksimplantaten wiederhergestellt).

„Bei unserer Methode implantieren wir eine Reihe von Elektroden im Rückenmark, mit denen wir einzelne Muskelgruppen in den Beinen ansprechen können“, erklärt Bloch. „Ausgewählte Konfigurationen von Elektroden aktivieren bestimmte Bereiche des Rückenmarks und imitieren die Signale, die das Gehirn beim Gehen liefern würde.“

Nachdem ihnen ein Implantat im Bereich der Lendenwirbel eingesetzt worden war, konnten die drei Teilnehmer mit Hilfe einer gezielten Elektrostimulation (d. h. mit eingeschaltetem Stimulator) und einer intelligenten Körpergewichtsunterstützung über mehr als einen Kilometer freihändig laufen. Außerdem zeigten sie keine Beinmuskelermüdung, so dass es keine Verschlechterung der Schrittqualität gab.

Die Herausforderung für die Patienten bestand darin, zu lernen, wie sie die Absicht ihres Gehirns, mit der gezielten elektrischen Stimulation koordinieren können. Aber das dauerte nicht lange. „Alle drei Studienteilnehmer konnten nach nur einer Woche Kalibrierung des Implantats mit einer Vorrichtung zur Körpergewichtsunterstützung gehen, und die willentliche Muskelsteuerung verbesserte sich innerhalb von fünf Monaten nach dem Training enorm“, sagt Courtine. „Das menschliche Nervensystem hat noch intensiver auf die Behandlung angesprochen, als wir erwartet haben.“

Demnach erwiesen sich die längeren, hochintensiven Trainingseinheiten als entscheidend für die Auslösung der aktivitätsabhängigen Plastizität (der Fähigkeit des Nervensystems, Nervenfasern zu reorganisieren) was zu einer verbesserten Motorik auch bei ausgeschalteter elektrischer Stimulation führt.

Andere Studien, bei denen die Effekte kontinuierlicher Elektrostimulation untersucht werden, haben gezeigt, dass behandelte Patienten tatsächlich Schritte unternehmen können, allerdings nur über kurze Distanzen und solange die Stimulation an ist. Sobald die Stimulation ausgeschaltet wird, tritt der Lähmungszustand wieder ein und die Beinbewegungen können nicht mehr ausgeführt werden.

Nächste Schritte

Das Start-up-Unternehmen GTX medical, das von Courtine und Bloch mitbegründet wurde, wird diese Erkenntnisse nutzen, um eine maßgeschneiderte Neurotechnologie zu entwickeln, mit dem Ziel, diese Rehabilitationsmethode in eine Behandlung umzuwandeln, die in Krankenhäusern und Kliniken überall verfügbar ist. „Wir bauen Neurotechnologie der nächsten Generation. Getestet werden sie zunächst noch an Patienten mit neu eingetretener Querschnittlähmung, bei denen das Erholungspotenzial hoch ist und das neuromuskuläre System noch nicht begonnen hat zu verkümmern, wie es bei chronischen Fällen von Querschnittlähmung der Fall ist. Unser Ziel ist es, eine Behandlung für alle Betroffenen überall auf der Welt zu entwickeln“, sagt Courtine.

Für weitere Beiträge zu der Forschung am EPFL siehe:

Regeneration von Nervenfasern bei Rückenmarksverletzungen (2018)

Gehfähigkeit mit Gehirn- und Rückenmarksimplantaten wiederhergestellt (2016)

Dehnbares Neuroimplantat zur Behandlung von Rückenmarksverletzungen (2015)

 

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