Forschung am Menschen als Motor des wissenschaftlichen Fortschritts

François R. sitzt gemütlich vor einem Computermonitor und hat einen konzentrierten Gesichtsausdruck. Auf dem Bildschirm blinkt eine Anweisung auf: «Hand zum Mund mit Griff», und er führt seine Finger langsam an die Lippen. Doch für den 70-jährigen Walliser ist das schwieriger, als es klingt: Im August 2019 erlitt er einen Schlaganfall, der ihn auf der rechten Seite von der Schulter abwärts lähmte. Die Elektroenzephalogramm (EEG)-Kappe auf seinem Kopf leitet Signale aus seinem Gehirn über Dutzende von Drähten an einen Computer weiter, wo ein Algorithmus die reine Willenskraft in Anweisungen für den Roboterhandschuh an seiner Hand übersetzt. Es ist unwahrscheinlich, dass er sich in absehbarer Zeit vollständig erholen wird. Aber er führt diese Aufgaben unter den wachsamen Augen eines Wissenschaftlers aus einem anderen Grund aus: um die Forschung voranzutreiben: «Wir testen dieses System als potenzielle therapeutische Intervention zur Verbesserung der motorischen Funktion bei Schlaganfallüberlebenden», sagt Meltem Oflar, technischer Spezialist am Hummel Lab der EPFL.

Seit zwei Jahren nimmt François R. an verschiedenen Forschungsprogrammen des auf translationale Neurowissenschaften und neurologische Erkrankungen (einschliesslich Schlaganfall) spezialisierten Labors an der Clinique Romande de Réadaptation (CRR ) in Sitten teil. «Das ist gut für mich und tut nicht weh», sagt er, «es gibt keine Nachteile. Nach dem Schlaganfall war ich auf der rechten Seite gelähmt und konnte nicht mehr sprechen. Ich hatte die Wahl: aufgeben oder weiterkämpfen. Dass ich in die Suva-Klinik gekommen bin, um an dieser Forschung teilzunehmen, hat mir wirklich geholfen, damit fertig zu werden.»

Anwerbung von Freiwilligen

Jedes Jahr erleiden in der Schweiz rund 16 000 Menschen einen Schlaganfall – eine schwere Krankheit, die bei jedem fünften Opfer zum Tod führt. Der Schlaganfall ist die dritthäufigste Todesursache in der Schweiz, nach Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Krebserkrankungen. Darüber hinaus erholen sich nur 15-20 % der Überlebenden vollständig, wobei die meisten Opfer in gewissem Umfang bleibende motorische oder kognitive Beeinträchtigungen aufweisen.

Die Forschenden erfahren immer mehr über die Faktoren, die die Wahrscheinlichkeit erhöhen, einen Schlaganfall zu überleben, darunter Alter, Genetik, Blutdruck, Rauchen und Cholesterinspiegel. Doch wie so oft bei Hirnerkrankungen ist noch wenig über den Genesungsprozess bei schweren Schlaganfallopfern bekannt. Im Hummel-Labor untersuchen die Forscher, wie sich die Beeinträchtigungen nach einem Schlaganfall entwickeln und welche Marker den kurz-, mittel- und langfristigen Fortschritt eines Patienten vorhersagen könnten. «Einige Patienten erholen sich nach einem schweren Schlaganfall auf natürliche Weise, andere nicht», erklärt Prof. Friedhelm Hummel, «wir gehen davon aus, dass die verschiedenen Patientengruppen unterschiedliche Therapien benötigen – was wir als personalisierte Medizin bezeichnen – und dass die Behandlungsintensität ein Schlüsselfaktor für den Genesungsprozess ist. Wir sind von den Dimensionen dessen, was getan werden sollte, weit entfernt.»

Für die Untersuchung des Gehirns verwendet das Hummel-Labor der EPFL einen Kernspintomographen, der es ermöglicht, die Interaktionen zwischen verschiedenen neuronalen Netzwerken zu beobachten. © Jamani Caillet, EPFL 2021

Um die zugrundeliegenden Prozesse zu verstehen und Therapien zu entwickeln, bedarf es sowohl der Grundlagenforschung als auch der klinischen Forschung. Das Hummel Lab arbeitet eng mit medizinischen Fachleuten zusammen und rekrutiert die meisten Patienten für seine Programme aus dem Spitalzentrum Wallis Romand (CHVR) und der CRR-Klinik in Sitten.

Das Team des Labors hat einen besonderen Zugang zu den Patienten beider Einrichtungen: Die erste bietet in ihrer Schlaganfallstation eine Akutbehandlung an, während die zweite auf die rehabilitative Therapie spezialisiert ist. Die Forscher besprechen und überprüfen die Ein- und Ausschlusskriterien mit dem medizinischen Team, bevor sie sich an die in Frage kommenden Patienten wenden. «Wir sprechen mit den Patienten persönlich oder mit ihren Angehörigen und erklären ihnen, was wir tun wollen, warum und zu welchem Zweck, und was sie erwarten können», sagt Hummel. «Sie entscheiden dann, ob sie mitmachen wollen oder nicht.» Auf diese Weise rekrutierte das Team François R., der kurz nach seiner Einlieferung in das Walliser Spital (HVS) in Sitten angesprochen wurde. «Ich habe nicht sofort zugesagt», sagt er. «Aber ich habe meine Meinung bald geändert, als ich den Wert der Arbeit erkannte, die sie leisten. Sie sagten mir, dass sich mein eigener Zustand vielleicht verbessern würde, dass ich aber vor allem zukünftigen Schlaganfallopfern zugute kommen würde, wenn ich mitmachte. Deshalb beschloss ich, mich zu melden. Ich wollte helfen.»

Strenges Genehmigungsverfahren

Wie viele andere EPFL-Programme sind auch die Studien des Hummel-Labors als klinische Versuche eingestuft – eine Art von Forschung, die oft auf vorklinische Versuche mit Computermodellen, Zellkulturen oder Tiermodellen folgt. Ziel dieser Studien ist es, eine therapeutische Massnahme zu bewerten oder mehr darüber zu erfahren, wie der menschliche Körper unter experimentell kontrollierten Bedingungen funktioniert (z. B. auf der Suche nach innovativen Behandlungsmethoden). Diese Art von Forschung kann nur dann mit menschlichen Teilnehmenden durchgeführt werden, wenn keine gleichwertigen Ergebnisse mit anderen Mitteln erzielt werden können. Klinische Versuche unterliegen einem strengen Bewilligungsverfahren: Die Forschenden müssen bei der zuständigen kantonalen Ethikkommission – die dem Dachverband swissethics angehört – eine Bewilligung beantragen. Die Kommission gibt nur grünes Licht, wenn der Nutzen für die Teilnehmenden das Risiko überwiegt.

Nach der Schweizerischen Bundesverfassung können Personen nur auf freiwilliger Basis an wissenschaftlicher Forschung teilnehmen und müssen in Kenntnis der Sachlage ihre Einwilligung geben. Das Schweizer Recht schützt auch die Würde und die Privatsphäre der Versuchsteilnehmer.

«Für unsere Forschung zu akuten Erkrankungen erklären sich die meisten Patienten, die wir ansprechen, bereit, an der Studie teilzunehmen», erklärt Hummel, «aber sie haben gerade einen Schlaganfall erlitten, so dass sie andere Dinge im Kopf haben. Trotzdem ist es uns gelungen, 80 Freiwillige für eine Studie zu rekrutieren, die wir vor zwei Jahren begonnen haben.

«Ich habe ohne zu zögern zugestimmt»

In einem Nebenraum von François R., der isoliert ist, um elektromagnetische Störungen zu vermeiden, nimmt eine Patientin an einem anderen Programm des Hummel-Labors teil, das unter dem Namen Towards Individualized MEdicine in Stroke (TiMeS) bekannt ist und die Veränderungen der Hirnfunktion nach einem Schlaganfall untersucht. Auch sie hat eine EEG-Kappe auf dem Kopf, aber im Gegensatz zu François R. trägt sie keinen Roboterhandschuh: In dieser Studie müssen die Patienten vollkommen stillhalten. Auf dem Monitor ist eine Reihe von Linien zu sehen, die jeweils die spontane Hirnaktivität von einer der 64 Elektroden in der Kappe aufzeichnen: "Oh Mann", ruft sie aus, als sie sieht, wie viel "Rauschen" auf den Linien nach einem einfachen Blinzeln entsteht.

Ein Wissenschaftler des Hummel-Labors stimuliert den motorischen Kortex seines Patienten, um eine Muskelkontraktion im Unterarm auszulösen. So kann die Reaktion der Muskeln an allen Elektroden aufgezeichnet werden.© Jamani Caillet, EPFL 2021

Freiwillige werden eine Woche, drei Wochen, drei Monate und ein Jahr nach einem Schlaganfall getestet. Das Team nutzt die Ergebnisse, um den Fortschritt der Patienten zu überwachen, die zugrunde liegenden Genesungsmechanismen zu identifizieren und Marker zu erkennen, die als Prädiktoren für die Genesung dienen könnten. Als Beobachtungsstudie ist TiMeS der erste Schritt in einem langfristigen Forschungsprogramm. Die Entwicklung konkreter Therapien ist also nicht ihr Ziel. Diese Tatsache hat diese Patientin jedoch nicht abgeschreckt, die während ihrer Genesung im Spital Sion ebenfalls zur Teilnahme aufgefordert wurde.

«Ich habe ohne zu zögern zugestimmt», sagt sie. «Aber man gab mir einige Unterlagen zum Lesen und 24 Stunden Zeit, um mich zu entscheiden. Meiner Meinung nach ist es eine lohnende Sache, vor allem, wenn ich mit meiner Teilnahme anderen Menschen helfen kann, die sich nicht so gut erholt haben wie ich. Nach dem Aufwachen war ich mehr über meinen Zustand beunruhigt als über den Anblick eines Wissenschaftlers, der mich besuchte: Ich konnte an diesem ersten Tag nichts trinken und hatte Mühe zu sprechen. Wenn mir jemand gesagt hätte, dass er etwas tun kann, um mir zu helfen, hätte ich mich gefreut. Ich werde wahrscheinlich nicht persönlich von dieser Forschung profitieren, wenn die Studie vorbei ist. Aber ein Schlaganfall kann jeden ohne Vorwarnung treffen. Deshalb ist der wissenschaftliche Fortschritt so wichtig.»