Neue Ansätze bei der schwierigen Behandlung von Rückenmarksverletzungen
Patienten mit Rückenmarksverletzung könnte elektrische Neuromodulation nun neue Hoffnung geben. Kombiniert mit intensiver physischer Rehabilitation resultierte die experimentelle Technik bereits wenige Jahre nach dem Unfall bei freiwilligen Probanden in einer deutlich besseren motorischen Kontrolle. Bevor das vielversprechende Verfahren jedoch auf breiter Basis anwendbar ist, sind noch einige Hürden zu nehmen. Erstaunliche Ergebnisse erzielte allerdings bereits eine ausgewählte Gruppe Jugendlicher, deren Rückenmarksverletzung mit elektrischer Neuromodulation behandelt wurde. Bei dieser Gruppe war die Funktionsfähigkeit oberhalb der Verletzungsstelle noch erhalten, und bei längerer körperlicher Anstrengung während des Trainings der Muskulatur der oberen Gliedmaßen traten keine Nebenwirkungen auf. Weniger gut schnitten jedoch Patienten mit schwereren Läsionen ab. Ziel von Dr. Giuliano Taccola war nun, mehr Menschen durch Neurorehabilitation zu helfen, was ihm mit dem über das Marie-Curie-Programm finanzierten Projekt EPI_NanoSTIM gelang. In präklinischen Tests modifizierte er die Elektrostimulationsmuster und experimentierte mit neuen Technologien, um die Wirkung der Neuromodulation im Rückenmark zu vergrößern. „Unser neues Multielektroden-Epidural-Array kann mehrere benachbarte Bereiche des Rückenmarks unabhängig voneinander stimulieren. In Zusammenarbeit mit dem Team von Prof. Wentai Liu und Prof. Reggie Edgerton an der UCLA untersuchten wir verschiedene Optionen bei der Herstellung und Wahl der Materialien. Wir testeten u. a. hochleitfähige Metalle und Möglichkeiten für Nano-Beschichtungen“, erklärt Dr. Taccola. „Dabei baut das Prinzip des Stimulationsprotokolls auf meinen früheren Forschungen zu biologischen In-vitro-Präparaten auf und wurde nun weiter optimiert. Wir nennen es „dynamische Stimulation“, um es von Protokollen für die stereotypen Impulse bisheriger Stimulation zu unterscheiden.“ Bei diesem Protokoll werden gleichzeitig zwei Wellenformen angelegt, deren Frequenz wie auch Amplitude sich stark unterscheiden. Basis hierfür sind die Aufzeichnungen eines Hinterbeinmuskels während des Laufens. Die beiden Wellenstimulationen werden jeweils an einer Seite des Rückenmarks entlang des Lumbosakralsegments mit entgegengesetzter Kathoden/Anoden-Polarität angelegt. Im Gegensatz zu bisherigen Ansätzen vervielfacht das neue Stimulationsprotokoll die synaptische Antwort in den Schaltkreisen im Rückenmark. Wie die Daten Dr. Taccolas zeigen, kann die Kombination aus dynamischer Stimulation und Multielektroden-Array auch den Eingang kortikospinaler Signale bei gestörter Verbindung zu den supraspinalen Zentren – was typisch für Wirbelsäulenverletzungen ist – vereinfachen. „Für mich stellen sich keine größeren Hürden mehr dar, um das neue Protokoll in experimenteller klinischer Umgebung anzuwenden. Obwohl die Stimulationsfrequenz höher liegt als bei den für klinische Anwendungen zugelassenen Protokollen, ist dynamische Stimulation auch noch bei viel geringerer Intensität wirksam. Unser Pilotversuch an Tieren mit und ohne Rückenmarksschäden legt nahe, dass wiederholtes Anlegen keine Schmerzen oder sonstigen Beschwerden verursacht. Trotzdem ist dynamische Stimulation im klinischen Alltag erst umsetzbar, wenn eine ähnliche Schnittstelle für die Stimulation auch für den Einsatz am Menschen konzipiert ist. Damit ist die künftige Umsetzung quasi von industriellen Faktoren abhängig“, sagt Dr. Taccola. Ziehen die Unternehmen mit, könnte die Array-Technologie bald auch bei menschlichen Rückenmarksverletzungen zum Einsatz kommen, sodass dynamische Stimulation eine machbare Lösung in Versuchskliniken wird. So könnte die Wiederherstellung der motorischen Funktion demnächst den vielen Patienten mit Wirbelsäulenschäden zugute kommen.
Schlüsselbegriffe
EPI_NanoSTIM, Rückenmarksverletzung, Neurorehabilitation, elektrische Neuromodulation, elektrische Stimulation, dynamische Stimulation, Wirbelsäulenverletzung
