Sind die Nervenleitungen unterbrochen, die die Signale zwischen Gliedmaßen und Gehirn übermitteln, ist meist eine dauerhafte Querschnittslähmung die Folge. Denn das durchtrennte Rückenmark hat nur geringe Fähigkeiten zur Selbstheilung und wächst nicht von allein wieder zusammen. Inzwischen forschen Wissenschaftler jedoch an mehreren Ansätzen, um dieses Problem zu umgehen. Neben molekularen und stammzellbasierten Methoden hat sich dabei vor allem die Neurostimulation als erfolgreich erwiesen. Dafür wird den gelähmten Patienten ein System von Elektroden direkt ans Rückenmark implantiert. Deren elektrische Signale aktivieren die Schaltkreise und Nervenwurzeln, die normalerweise die Bewegungssignale vom Gehirn an die Beinmuskeln übertragen. 2018 erlangte dadurch ein teilweise gelähmter Patient seine motorischen Funktionen so weit zurück, dass er aus dem Rollstuhl aufstehen und mithilfe eines Rollators gehen konnte.
Gezielte Reizung der Nervenwurzeln
Bisher jedoch erfordern solche Elektrostimulations-Therapien ein monatelanges, mühevolles Training, bevor ein Effekt sichtbar wird. Andreas Rowald von der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL) und seinen Kollegen ist es nun gelungen, die Methodik so zu optimieren, dass Patienten sogar schon am ersten Tag nach der Implantation der Elektroden gestützt die ersten Schritte machen können. Möglich wurde dies durch zwei entscheidende Veränderungen gegenüber früheren Ansätzen: Zum einen passte das Team die Elektroden-Anordnung so an, dass sie gezielter auf die dorsal aus dem Rückenmark austretenden Nervenwurzeln einwirkt, die für die Bewegung der Beine und des unteren Rumpfs zuständig sind. “Die Herausforderung bestand darin, ein Arrangement der 16 Elektroden zu finden, das trotz der individuell verschiedenen Topologie des Rückenmarks die 16 dafür wichtigen dorsalen Nervenwurzeln abdeckt”, schreiben die Wissenschaftler. Dafür entwickelten sie detaillierte und naturgetreue Simulationen der neuronalen Topografie. “Unsere neuen Implantate werden unter die Wirbel direkt auf das Rückenmark gesetzt”, erklärt Seniorautor Grégoire Courtine von der EPFL. “Dort modulieren sie die Neuronen, die spezifische Muskelgruppen kontrollieren.”
Im nächsten Schritt galt es, die individuellen Nervensignale für jeden Testpatienten zu kartieren. Alle drei Patienten – Männer im Alter zwischen 29 und 41 Jahren – hatten ein bis neun Jahre zuvor durch Motorradunfälle eine Durchtrennung des Rückenmarks im Brustbereich erlitten und waren dadurch querschnittsgelähmt. Keiner von ihnen konnte seine Beine bewegen oder spüren. Um das System an die individuellen neuronalen Gegebenheiten dieser Patienten anzupassen, reizten die Forscher die Sehnen ihrer Beine und bewegten die Beingelenke passiv und beobachteten anhand der Sauerstoffversorgung der Nervenwurzeln, wo diese Signale am Rückenmark ankamen. Mithilfe eines lernfähigen Algorithmus entwickelten sie daraus ein individuell auf die Patienten zugeschnittenes Reizprofil, das die spezifischen Reizmuster bei bestimmten gängigen Bewegungsmustern nachbildete. “Dadurch können wir das Rückenmark ähnlich aktivieren, wie es normalerweise das Gehirn tun würde, um den Patienten stehen, gehen, schwimmen oder ein Fahrrad fahren zu lassen”, erklärt Courtine.
