Methoden zur Umgehung und Behandlung von Rückenmarksverletzungen

Anfang November ging ein Video eines Parkinson-Patienten viral. Es zeigte, wie Marc, 62, dank eines neuronalen Implantats wieder fast normal gehen konnte – anstatt vor jeder Türschwelle zu «erstarren».

Einige Monate zuvor wurde in einem anderen Video gezeigt, wie ein Mann, der durch einen Unfall gelähmt war, die Fähigkeit wiedererlangte, seine Beine allein mit Hilfe seiner Gedanken zu bewegen. Das Geheimnis in diesen beiden Fällen ist ein System flexibler Elektroden, die direkt auf das Rückenmark der Patienten implantiert werden. Diese Implantate leiten die Gehirnsignale über den verletzten Bereich an die Gliedmassen weiter.

Dank einer Neuroprothese konnte Marc, ein erster Parkinson-Patient, so behandelt werden, dass er bequem, sicher und sturzfrei gehen kann.© Gilles Weber / CHUV

Vertieftes Verständnis

Grégoire Courtine begann 2003 im Rahmen seiner Doktorarbeit mit der Untersuchung der Gehirnsignale, die uns das Gehen ermöglichen. Danach verbrachte er Jahre mit umfangreichen Forschungsarbeiten, um die Arten von elektrischen Signalen zu beschreiben, die über das Rückenmark gesendet werden, und wie sie angeordnet sind. Im Jahr 2012 führten Courtines Entdeckungen zu einer erstaunlichen Errungenschaft: ein Protokoll, das es querschnittsgelähmten Ratten ermöglichte, wieder zu gehen. Dieser Durchbruch, der noch im selben Jahr in der Zeitschrift Science veröffentlicht wurde, war das Sprungbrett für Courtine und sein Team: «Der erste Schritt in unserer Forschung bestand darin, die physiologischen Mechanismen zu verstehen, die dem Gehen zugrunde liegen», sagt er. «Erst dann begannen wir mit der Entwicklung von Elektrostimulationsverfahren, die die vom Gehirn gesendeten Signale nachahmen können.»

Der Erfolg von Courtine ist auch den Expertinnen zu verdanken, mit denen er zusammenarbeitet. Eine von ihnen ist Stéphanie Lacour, eine EPFL-Kollegin, die sich auf flexible Implantate spezialisiert hat – die in Courtines System verwendeten Elektroden wurden in ihrem Labor entwickelt. Sie werden direkt auf der Dura mater platziert, um die Signale des Gehirns zu simulieren, die aufgrund einer Rückenmarksverletzung nicht auf natürlichem Wege übertragen werden können. Das Implantieren der Elektroden wurde von Jocelyne Bloch, Neurochirurgin am Universitätsspital Lausanne (CHUV), durchgeführt.

Die Arbeit an der Rückenmarksregeneration begann 2012 mit Ratten. Photo: EPFL - CC-BY-SA 4.0

Eine Vielzahl von möglichen Indikationen

Diese Art von «Brücke» zwischen dem Gehirn und den Gliedmassen könnte für die Behandlung einer Vielzahl von Krankheiten nützlich sein, nicht nur für Rückenmarksverletzungen. Menschen mit der Parkinson-Krankheit haben zum Beispiel auch Probleme mit der Motorik. Und Menschen, die an Multipler Systematrophie (MSA) leiden – wo gefährliche Blutdruckabfälle dazu führen, dass die Patienten oft bettlägerig sind – können von einer gezielten Stimulation des Rückenmarks profitieren, um den normalen Blutdruck wiederherzustellen. «Das Tolle an unserer Arbeit ist, dass sie bei einer Vielzahl von Pathologien und neurologischen Störungen angewendet werden kann», sagt Courtine.

Sein Forschungsteam hat ausserdem den Vorteil, dass es auf die neueste Technologie zurückgreifen kann. So nutzten sie beispielsweise künstliche Intelligenz, um die Signale des Gehirns zu interpretieren und nachzubilden, die erforderlich sind, um die richtigen Bewegungen in den Gliedmassen einer Patientin auszulösen.

Die Entwicklung flexibler Elektroden führte zu den ersten klinischen Anwendungen bei Paraplegiker- und dann bei Parkinson-Patienten. Photo: EPFL - CC-BY-SA 4.0

Entwicklung einer Strategie zur Heilung der Wirbelsäule

Courtine und Bloch leiten gemeinsam das Zentrum .NeuroRestore, das an der EPFL und am CHUV angesiedelt ist. Ihre Forschung geht über die Entwicklung von Implantaten hinaus: Sie untersuchen auch, wie Nervenfasern bei Rückenmarksverletzungen durch eine Kombination von Gentherapien und Rehabilitationsverfahren, die möglicherweise Nervenprothesen beinhalten, regeneriert werden können. «Wir glauben, dass Ärztinnen und Ärzte in Zukunft in der Lage sein werden, Rückenmarksverletzungen vollständig zu behandeln, indem sie zwei parallele Ansätze anwenden – einen biologischen, um das Nachwachsen von Nervenfasern zu stimulieren, und einen neuroprothetischen, bei dem unsere Implantate die effektive Kommunikation zwischen dem Gehirn und den Neuronen, die die motorischen Funktionen steuern, wiederherstellen», sagte Courtine im September in Bezug auf eine kürzlich in Science veröffentlichte Studie, an der er mitgewirkt hat und die eine Strategie für das Nachwachsen von Nervenfasern bei Mäusen beschreibt.

Die von Courtine und seinem Team erzielten Ergebnisse sind zwar bemerkenswert, haben aber bisher nur einer kleinen Anzahl von Patienten geholfen, die an klinischen Studien teilnehmen. Aber die Forschenden haben sich hohe Ziele gesteckt. Dank der Arbeit, die sie im Rahmen von .NeuroRestore und ihrem Start-up-Unternehmen Onward Medical leisten, werden diese Durchbrüche wahrscheinlich nur die ersten Schritte in der Entwicklung von Therapieansätzen sein, die das Leben vieler Menschen verbessern werden.