Das Wirbelsäulenstimulator-Implantat Gibt Gelähmten Patienten Die Möglichkeit, Sich Wieder Zu Bewegen

Eine neue Therapie, die Nervenimpulse verstärkt, kann auch zur Heilung des Körpers beitragen.

Die Ärzte von Sebastian Tobler dachten, seine Beine würden sich nie wieder bewegen, nachdem ein Mountainbike-Unfall sie vollständig gelähmt hatte. Als er sich für eine Studie am Universitätsklinikum Lausanne in der Schweiz anmeldete, war Toblers Verletzung so schwerwiegend, dass die Forscher Zweifel hatten, dass ihre experimentelle Behandlung funktionieren würde.

„Ich dachte, sollten wir diesen Teilnehmer anmelden? Es ist sehr selten, dass ein Rückenmark so still ist “, sagt Grégoire Courtine, Neurowissenschaftlerin an der Eidgenössischen Technischen Hochschule, über ein fast nicht nachweisbares Maß an elektrischer Aktivität in Toblers unterer Wirbelsäule.

Aber Courtine und sein Team haben an einer neuen Technologie gearbeitet, die Rückenmarksverletzungen wie die von Tobler behandeln soll. Es handelt sich um einen elektrischen Stimulator, der chirurgisch an der Basis der Wirbelsäule unter den Knochen, aber über dem Rückenmark implantiert wird. Ein paar Wochen nachdem das Gerät in Toblers Rücken gegangen war, testete Courtine es, indem sie Tobler bat, es zu versuchen.

Um sein Gewicht zu tragen und ihn stehen zu lassen, wurde Tobler in einen Gurt geschnallt, der von der Decke hing. Als das Implantat eingeschaltet wurde, sandte es eine Reihe rhythmischer Stöße in seine Wirbelsäule, wie ein elektrischer Trommelschlag. Zwei Stunden lang stellte Courtine die Häufigkeit und Stärke der Schocks ein, während Tobler sich bemühte, zu gehen. Es hatte nicht so lange gedauert, bis die Ergebnisse für die anderen Studienteilnehmer von Courtine sichtbar wurden, deren Verletzungen nicht so schwerwiegend waren. Aber dann machte Tobler plötzlich gezackte Schritte auf dem Laufband.

"Oh mein Gott. Ich gehe wie ein Pferd “, sagte Tobler.

"Nicht zu glauben!" Courtines Postdocs sagten.

Tobler ist einer von drei Patienten in dieser am Mittwoch in Nature veröffentlichten Studie, die mithilfe implantierter elektrischer Stimulatoren wieder Bewegung in ihren unteren Gliedmaßen erlangten. Es ist die dritte Studie dieser Art, die beiden vorherigen wurden von Forschern der University of Louisville und der Mayo Clinic durchgeführt. Im Gegensatz zu früheren Studien konnten zwei von Courtines Patienten mit Krücken außerhalb der Klinik stehen und gehen, ohne dass das Implantat aktiviert war.

Bei den meisten Rückenmarksverletzungen ist die Wirbelsäule nicht durchtrennt, sondern verletzt. Durch solche Schäden werden Nervenfasern von der Auskleidung befreit, die ihnen helfen, elektrische Signale effizient zu übertragen, ähnlich wie eine Gummimantel einen Draht isoliert. Wenn ein Befehl des Gehirns auf eine Rückenmarksverletzung trifft, löst sich dieses elektrische Signal auf und wird zu schwach, um die Muskeln effektiv zu aktivieren.

Wissenschaftler glauben, dass die elektrische Stimulation des Implantats den Befehlen des Gehirns genügend Kraft verleiht, um die Muskeln wieder in Bewegung zu bringen. "Das ist einer der aufregendsten Teile davon", sagt Chet Moritz, ein Neurowissenschaftler an der University of Washington, der nicht an der neuen Arbeit beteiligt war. "Es verbessert die Fähigkeit des Gehirns, die Beine zu kontrollieren. Wir glauben, dass es als [elektrischer] Verstärker für das Rückenmark fungiert. “

Während die Implantate anderer Forscher für eine kontinuierliche elektrische Stimulation gesorgt haben, hat die Version von Courtine elektrische Impulse in rhythmischen Mustern ausgelöst, die die natürlichen Signale des Gehirns und des Rückenmarks nachahmen. Laut Moritz könnte diese Stakkato-Aktion der Grund dafür sein, dass Courtines Patienten Berichten zufolge stärkere Anzeichen einer Genesung zeigten als in früheren Studien. "Durch die Bereitstellung der gemusterten Stimulation konnten sie koordinierter und flüssiger beim Treten sein", sagt Moritz. Als Courtine das Implantat kontinuierlich bei denselben Patienten abfeuern ließ, verschwand diese Koordination.

Eine kontinuierliche elektrische Stimulation der Wirbelsäule kann die Kommunikation überfordern, die die unteren Gliedmaßen an das Rückenmark senden wollen, berichten Courtine und seine Kollegen in einem zweiten Artikel, der ebenfalls am Mittwoch in Nature Neuroscience veröffentlicht wurde. "Stimulatoren bewirken, dass die Nerven in beide Richtungen feuern: eine natürliche Richtung, aber auch rückwärts, wie wenn man auf einer Einbahnstraße in die falsche Richtung fährt", sagt Moritz. Jede natürliche Information, die vom Bein in die Wirbelsäule gelangt - wie körperliche Empfindungen und Position im Weltraum - kann mit dem künstlichen Signal des Stimulators kollidieren und dazu führen, dass sie sich gegenseitig aufheben.

Dies wiederum erschwert es dem Rückenmark, die Bewegung zu koordinieren, sagt Jocelyne Bloch, Neurochirurgin am Universitätsklinikum Lausanne, die an den neuen Studien gearbeitet hat. "Die Kollision von Signalen verwirrt das Gehirn und den Patienten", sagt sie. Wenn das Implantat jedoch eine elektrische Stimulation in Impulsen erzeugt, können möglicherweise genügend natürliche Informationen durch die Lücken im Rhythmus gedrückt werden, um den Patienten zu helfen, ihre Bewegungen besser zu koordinieren.

Nach einigen Monaten Behandlung konnten alle drei Teilnehmer ihre Gliedmaßen bewegen, ohne dass das Implantat eingeschaltet war. Es scheint also, dass die Monate intensiver physikalischer Therapie und der Verwendung des implantierten Stimulators tatsächlich dazu führen, dass das Rückenmark heilt - aber wie diese offensichtliche Heilung aussieht, steht zur Debatte. Courtine glaubt, dass die Wirbelsäule Nervenfasern regeneriert, die die Verletzung überqueren, wie neue Fahrspuren, die um einen kaputten Autobahnabschnitt herum gebaut werden. Oder, wie Moritz glaubt, bauen beschädigte Neuronen, die die Verletzung bereits überschritten haben, ihre verlorene Isolierung wieder auf und beginnen einfach besser zu arbeiten.

Alle Teilnehmer haben sich während des fünfmonatigen Studienverlaufs weiter verbessert, sagt Courtine. "Gegen Ende haben sie sich am besten verbessert", sagt er. Keiner von ihnen kann effizient genug gehen, um einen Rollstuhl zu übertreffen, aber er sagt, dass sie trotzdem laufen. „Zwei von ihnen können mit Krücken lange Strecken zurücklegen“, fügt er hinzu. "Und [Tobler] braucht einen Wanderer." Courtine entwickelte eine mobile App, mit der die Patienten ihre Stimulatoren aus der Ferne ein- oder ausschalten können, damit sie nach Studienende zu Hause trainieren können. Er gründet auch eine neue Firma namens GTX Medical, um Patienten nach der Studie weiter zu helfen und die Technologie zu fördern.

Während der Studie ist den Patienten noch etwas anderes passiert, sagt Bloch. Nach einer Rückenmarksverletzung verlieren viele Menschen andere Körperfunktionen wie Schwitzen, Blasen- und Darmkontrolle sowie sexuelle Funktionen. Für einige Patienten ist die Wiederherstellung dieser Funktionen wichtiger als das Gehen. "Ein Patient begann viel mehr zu schwitzen", sagt Bloch. Und andere hatten mehr Sensation in Teilen ihres Oberkörpers. "Die Heilung war nicht nur zum Laufen", sagt sie.

In jedem Fall war es für die Studienteilnehmer ein symbolischer Sieg, ein wenig stehen und gehen zu können. Gert-Jan Oskam konnte vor dem Prozess nur leichte Bewegungen mit den Beinen ausführen, aber jetzt sagt er, er könne es ertragen, einfache Aufgaben zu Hause zu erledigen, einschließlich Kochen und Grillen. "Jemand muss mich aus Sicherheitsgründen festhalten, obwohl ich in naher Zukunft in der Lage sein sollte, alleine zu grillen", sagte er in einer schriftlichen Erklärung. "Die klinische Studie hat mir Hoffnung gegeben."