Querschnittlähmungen galten lange Zeit als unheilbar. Doch die Forschung macht Fortschritte, insbesondere im Bereich der Gehirn-Rückenmark-Schnittstellen, die gelähmten Patienten potenziell die Fähigkeit zurückgeben könnten, wieder zu gehen. Dieser Artikel beleuchtet die aktuellen Entwicklungen und Forschungsergebnisse im Bereich von Rückenmarkimplantaten, insbesondere unter Berücksichtigung von in China durchgeführten Studien und neuen technologischen Ansätzen.
Die Herausforderung der Querschnittslähmung
Bei einer Querschnittslähmung ist die Verbindung zwischen Gehirn und den Muskelgruppen unterhalb der Verletzungsstelle unterbrochen. Signale des Gehirns, die für die Bewegung der unteren Gliedmaßen erforderlich sind, können die Muskeln nicht mehr erreichen. Dies führt zum Verlust der Fähigkeit, diese Muskelgruppen willentlich zu bewegen.
Innovative Ansätze: Die Gehirn-Rückenmark-Schnittstelle
Ein vielversprechender Ansatz zur Überwindung dieser Herausforderung ist die Entwicklung einer digitalen Schnittstelle zwischen Gehirn und Rückenmark, auch Brain-Spine-Interface (BSI) genannt. Ein Team um Henri Lorach von der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL) in der Schweiz hat ein solches System entwickelt und in einer klinischen Pilotstudie getestet.
Funktionsweise des Systems
Das System funktioniert, indem es Hirnsignale erfasst und drahtlos an ein Implantat im Rückenmark sendet. Dieses Implantat wandelt die Signale in elektrische Impulse um, die die Nerven des Rückenmarks stimulieren und die Muskulatur im Bein ansteuern.
Konkret werden zunächst Hirnscans durchgeführt, um die Regionen zu identifizieren, die besonders aktiv sind, wenn sich der Patient vorstellt, seine Beine zu bewegen. In diesen Regionen werden dann kleine Platten mit Elektroden implantiert, die die Hirnsignale erfassen. Die gewonnenen Informationen werden drahtlos an das Rückenmarkimplantat gesendet.
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Klinische Studie und Ergebnisse
In einer Pilotstudie wurde das Implantat einem 38-jährigen Patienten implantiert, der seit einem Fahrradunfall mit Halswirbelsäulenverletzung querschnittgelähmt war. Zuvor hatte er an einer Studie zur Regeneration des Rückenmarks durch Elektrostimulation teilgenommen, bei der ihm Elektroden ins Rückenmark implantiert wurden, die es ihm ermöglichten, mit Hilfe eines Rollators wieder zu gehen. Diese Fortschritte waren jedoch begrenzt.
Dank des neuen Implantats konnte der Patient wieder aus eigener Kraft gehen und stehen, wenn auch mit Krücken. Bemerkenswert ist, dass die Neurorehabilitation, die durch die Schnittstelle unterstützt wurde, auch die neurologische Genesung verbesserte. Der Patient erlangte die Fähigkeit zurück, mit Krücken zu gehen, selbst wenn das Gerät ausgeschaltet war.
Kritik und Einschränkungen
Trotz der vielversprechenden Ergebnisse gibt es auch kritische Stimmen. Norbert Weidner, Direktor der Klinik für Paraplegiologie am Universitätsklinikum Heidelberg, warnt vor zu hohen Erwartungen. Er betont, dass das Experiment bisher nur an einem einzigen Patienten durchgeführt wurde, der nicht vollständig gelähmt war. Zudem hatte der Patient bereits vor der Implantation des Hirnimplantats erste Schritte gehen können. Weidner argumentiert, dass die durch die Gedankenkontrolle erzielten Verbesserungen geringfügig seien.
Auch Rainer Abel, Chefarzt der Klinik für Orthopädie und Querschnittsgelähmte in Bayreuth, sieht die Gefahr, falsche Hoffnungen zu wecken. Er räumt jedoch ein, dass es sich um einen großen Fortschritt für die Technologie handelt und vergleicht die Entwicklung mit dem "iPhone-Moment".
Forschung in China: NeuroRegen Scaffold
Neben den Gehirn-Rückenmark-Schnittstellen werden auch andere innovative Ansätze zur Behandlung von Querschnittslähmung verfolgt. Chinesische Wissenschaftler haben die Sicherheit und Wirksamkeit einer Transplantationsmethode mit dem sogenannten NeuroRegen Scaffold untersucht.
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Was ist das NeuroRegen Scaffold?
Das NeuroRegen Scaffold ist ein neuentwickeltes, linear angeordnetes Kollagengerüst. Es soll das Axonenwachstum entlang seiner Fasern lenken und eine "Brücke" für die Nervenregeneration des Rückenmarks bilden.
In Tiermodellen (Ratten, Hunden und Affen) hatte das Implantat bereits Erfolge gezeigt. Es reduzierte Sekundärschäden, verringerte die Bildung von Zysten und die Ablagerung von regenerationshemmenden Molekülen an der Verletzungsstelle. Dies förderte die Wiederherstellung motorischer Funktionen. In Kombination mit Stammzellen unterstützte das Scaffold die Regeneration zusätzlich.
Klinische Studie und Ergebnisse
Im Januar 2015 begann die erste klinische Studie zur Behandlung von Patienten mit kompletter Querschnittlähmung. Die Entwicklung von fünfzehn Patienten mit akuter kompletter SCI und 51 Patienten mit chronischer kompletter SCI wurde über 2-5 Jahre nachverfolgt.
Bei den Patienten mit akuter Querschnittlähmung kam es bei fünf Patienten zu einer Erweiterung ihrer sensorischen Fähigkeiten und sechs Patienten erlangten Sensibilität im Darm oder in der Blase zurück. Unter den 51 Langzeitpatienten kam es bei 16 zu einer Verbesserung der Sensibilität und 30 Patienten erlebten eine verbesserte reflexive Empfindung bei der Stuhlausscheidung und/oder vermehrtes Schwitzen der Haut unterhalb der Läsionshöhe. Fast die Hälfte der Patienten mit chronischer Querschnittlähmung im Halswirbelbereich entwickelte u. a. Eine weitere Analyse ergab, dass die Wiederherstellung der sensorischen Funktion mit dem Alter des Patienten zum Zeitpunkt des Eingriffs zusammenhängt.
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Methode bei der Behandlung von Patienten mit akuter und chronischer kompletter Querschnittlähmung sicher und bis zu einem gewissen Grad wirksam ist. Weitere Studien sollen diese hoffnungsvollen Ergebnisse bestätigen.
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Weitere Entwicklungen und Perspektiven
Die Forschung im Bereich der Rückenmarkimplantate und verwandter Technologien ist vielfältig und dynamisch. Neben den bereits genannten Ansätzen gibt es weitere vielversprechende Entwicklungen:
- Exoskelette: Exoskelette sind äußere Stützstrukturen, die gelähmte Gliedmaßen umschließen und sie über Motoren in Bewegung versetzen. Sie können von außen gesteuert werden (z. B. durch Knopfdruck) oder über Gehirnimpulse.
- Gehirn-Computer-Schnittstellen (BCI): BCI ermöglichen die Steuerung von Geräten (z. B. Exoskeletten, Computern) über Gehirnströme. Die Signale werden entweder von außen durch die Schädeldecke abgeleitet (EEG) oder über implantierte Chips im Gehirn.
- Telekommunikation und Künstliche Intelligenz: Diese Technologien können die Rehabilitation unterstützen, indem sie beispielsweise eine virtuelle Rehaklinik im Metaverse emulieren, in der Patienten und Angehörige jederzeit Ärzte, Therapeuten oder Psychologen befragen können.
Tierversuche: Ein ethisches Dilemma
Einige der Forschungsarbeiten im Bereich der Rückenmarkimplantate, insbesondere die Entwicklung der Gehirn-Rückenmark-Schnittstelle, umfassen Tierversuche. So führten Forscher in Lausanne Versuche mit Rhesusaffen in China durch, um die komplizierten Tierschutzbestimmungen in Europa zu umgehen. Die ethische Vertretbarkeit solcher Versuche ist umstritten.
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