Heilender Strom

Zurzeit läuft eine Studie mit 10 Patienten, eine weitere mit 20 Betroffenen in mehreren europäischen Kliniken ist geplant. Die aktuelle Studie ist vielversprechend: „Die Lebensqualität der Menschen hat sich in jedem Fall verbessert. Manche Patienten können wieder ohne Hilfsmittel frei gehen, andere haben zumindest mehr Beweglichkeit in den Beinen“, sagt Andreas Rowald, Mitarbeiter in der Gruppe von Courtine.

Ebenfalls gute Nachrichten gab es 2018 vom Team um den Neurochirurgen Kendall Lee an der Mayo Clinic in Rochester im US-Bundesstaat Minnesota. Auch er stellte einen gelähmten Patienten vor, der mit einem Implantat an der Lendenwirbelsäule nach intensiver Physiotherapie einige Schritte am Rollator gehen konnte.

Das neue Forschungsfeld der Bioelektronik hat zu diesen Durchbrüchen bei Querschnittsgelähmten geführt. Es beruht auf einer Verbindung von Neurowissenschaften und Medizintechnik. Die Rehabilitationswissenschaftlerin Susan Harkema vom Kentucky Spinal Cord Injury Research Center in Louisville nennt als Schlüsselerkenntnis: „Die Neuronen über und unter einer Verletzung sind vollkommen intakt. Sie speichern die Bewegungsmuster losgelöst vom Gehirn.“

Gehmuster im Rückenmark gespeichert

In früheren Experimenten konnten querschnittsgelähmte Katzen unter Stimulation des Rückenmarks wieder laufen. Sie legten auf einem Laufband eine Strecke von bis zu einem Kilometer zurück. Dass die Beine dabei ihr Körpergewicht tragen konnten, beeindruckte die Forscher. Sie hatten erwartet, dass die Muskelkraft in den Beinen nicht stabil wäre und die Tiere einknicken würden. Aber sowohl Gehbewegungen als auch Muskelkraft werden offensichtlich direkt übers Rückenmark gesteuert.

Grégoire Courtine gelang vor rund zehn Jahren ein weiteres erstaunliches Experiment. Sein Team hatte eine querschnittsgelähmte Ratte mit durchtrennten Nervenbahnen zwischen Kopf und Beinen epidural stimuliert. Angelockt von einem Stück Schokolade, legte das Tier beachtliche Strecken zurück, ohne dass sein Gehirn die Bewegung steuern konnte. Alle diese Experimente lassen darauf schließen, dass eine Art Speicherkarte des Gehens im Rückenmark existiert.

Eine entscheidende Erkenntnis gelang 2019 der Neurowissenschaftlerin Vivian Mushavar von der kanadischen University of Alberta. Sie wies nach, dass die gespeicherten Gehbewegungen im Rückenmark bei Primaten und Katzen fast identisch sind. Je nachdem, an welcher Position die Lendenwirbelsäule stimuliert wurde, machten Bein und Hüfte eine andere Bewegung. „Das Laufen lässt sich in vier Bewegungsabfolgen untergliedern: Bein anheben, nach vorne schwingen, absetzen und nach hinten bewegen“, sagt Mushavar.

Auch die Schweizer Forschergruppe um Courtine arbeitet mit diesen vier Bewegungsabfolgen. Doch wie und wo genau ein Patient an der Lendenwirbelsäule stimuliert wird, ermittelte das Team für seine aktuelle Studie individuell durch Magnetresonanztomografie und weitere Tests. Über die Implantate werden dann Strompulse an die Nerven geschickt, die bewirken, dass sich die Beine der Patienten selbstständig bewegen.

Doch bis daraus ein richtiges „Laufen“ wird, ist hartes Training nötig. Über einen Monat üben die Patienten in Lausanne vier Tage lang jeweils drei Stunden, danach wird das Pensum etwas geringer. „Wir sehen, dass die Ergebnisse vor allem dann gut sind, wenn der Patient sich sehr anstrengt und einen ausgeprägten Willen hat“, sagt Andreas Rowald aus dem Forscherteam. Einige Patienten können schließlich ganz ohne Stimulation, also bei ausgeschaltetem Implantat, wieder Schritte machen – wie Tröger. „Das hatte so niemand erwartet“, sagt Rowald.

Strom dosiert und zielgenau nutzen

Die Idee, durchtrennte Nervenbahnen von Querschnittsgelähmten mit Strom zu überbrücken, ist nicht neu. Doch lange Zeit schickten die Forscher die Elektrizität ziellos und teils längerfristig in die Glieder. Heute ist die Herangehensweise differenzierter: Der Strom wird so dosiert und zielgenau wie ein Medikament eingesetzt. Dabei verstehen die Wissenschaftler immer genauer, was die Elektrizität abhängig von Frequenz, Stromstärke und Positionierung im Körper genau bewirkt.

Man weiß inzwischen auch, dass Nervenzellen, die mit Strompulsen stimuliert werden, auf molekularer Ebene reagieren und sich verändern. Darin liegt das therapeutische Potenzial dieses Ansatzes. Courtine und seine Mitarbeiter sahen bei Mäuseexperimenten, dass infolge des Trainings unter Stimulation um die Rückenmarksverletzung herum Nervenzellen neu miteinander verknüpft wurden. Das Nervensystem bildete dort quasi eine Umgehungsstraße.

Körpervorgänge gezielt mit Strom zu beeinflussen und zu therapieren, sehen manche Mediziner als Revolution. Es ist „eine neue Ära der Medizin: die bioelektronischen Medizin“, sagt der Immunologe Peder Olofsson vom Karolinska Universitätskrankenhaus in Stockholm.

Wie wohldosierte Strompulse den menschlichen Körper verändern, lässt ein zweites Forschungsfeld der bioelektronischen Medizin erahnen: Stromtherapien über den Vagusnerv. Das ist einer der längsten Nerven im Körper, der das Gehirn unter anderem mit dem Verdauungstrakt verbindet. Der Vagusnerv meldet, wenn der Magen voll ist. Und er bestimmt, wie flott oder langsam wir verdauen, das hat vor Kurzem der Neurowissenschaftler Nils Kroemer von der Universität Tübingen nachgewiesen.

Aber nicht nur das: Wird dieser Nerv nur wenige Minuten am Tag mit Strompulsen stimuliert, verändert sich das Immunsystem. Im Laufe des Tages werden weniger Entzündungsbotenstoffe, sogenannte Zytokine, ins Blut freigesetzt. Dem Neurochirurgen Kevin Tracey, einem der Begründer der bioelektronischen Medizin am Feinstein Institute in Manhasset im US-Bundesstaat New York, kam deshalb die Idee, immunologisch beeinflusste Krankheiten von Diabetes über Asthma, Arthritis bis Krebs mit einer Stromtherapie der Nerven zu behandeln. Zurzeit wird untersucht, ob sich auch entzündliche Krankheiten wie Morbus Crohn und Rheuma durch Strompulse bessern.

In die bioelektronische Medizin wird in den letzten Jahren stark investiert. Das britische Unternehmen Glaxo Smith Kline gründete gemeinsam mit Google 2016 „Galvani Bioelectronics“, das es mit über 500 Millionen Euro ausstattete. Die Nationalen Gesundheitsinstitute der USA wollen bis 2021 etwa 238 Millionen US-Dollar in die bioelektronische Forschung stecken. Zwei klinische Studien bei Rheumapatienten sind bislang abgeschlossen, eine davon finanzierte Glaxo Smith Kline. „Die Ergebnisse sind ermutigend“, sagt der Stockholmer Forscher Olofsson, „obwohl wir das Wechselspiel von Nerven und molekularen Vorgängen noch kaum verstehen.“

17 Patienten mit rheumatoider Arthritis, denen klassische Medikamente nicht halfen, hatten am Hals einen Vagusnerv-Stimulator eingesetzt bekommen. Er wird vom US-Unternehmen SetPoint Medical vertrieben, ist aber bislang nur für Epilepsiepatienten in den USA zugelassen. Ein bis vier Mal am Tag konnten die Arthritispatienten ihren Vagusnerv selbst für eine Minute mit schwachen Strompulsen stimulieren. Nach etwas mehr als einem Monat hatten etliche Patienten weniger ausgeprägte Symptome, schildert die Studienautorin Frieda Koopman, Rheumatologin an der Universität Amsterdam. Die Gelenke der Patienten waren zwar immer noch geschwollen und schmerzten, aber nicht mehr so stark wie vor dem Experiment. Die Werte mehrerer Zytokine im Blut sanken unter der Stromtherapie. Die Details erschienen 2016 im Fachmagazin PNAS.

Ein Jahr später, 2017, berichtete der Gastroenterologe Bruno Bonaz vom Universitätsspital in Grenoble von einer Pilotstudie an sieben Patienten mit den entzündlichen Darmkrankheiten Morbus Crohn und Colitis ulcerosa. Über drei Monate reizte er den Vagusnerv der Betroffenen mit einem Implantat für je 30 Sekunden alle 5 Minuten. Zwei der Patienten sprachen darauf nicht an, aber fünf erholten sich laut Bonaz. Bei einer Darmspiegelung waren ein halbes Jahr später weniger Läsionen im Verdauungstrakt zu sehen.

Ein Paradigmenwechsel

Die Bioelektronik stößt einen Paradigmenwechsel in der Medizintechnik an. Bisher betrachten Ingenieure und Mediziner Implantate wie Herz- und Hirnschrittmacher als rein mechanisch-elektrische Bauteile, die ein Organ korrekt arbeiten lassen. Aber der Mensch ist kein Maschinenpark.

Wie stark die Veränderungspotenziale von Strom sind, demonstrieren neue Experimente der Rehabilitationswissenschaftlerin Susan Harkema aus Louisville. Sie fand heraus, dass die epidurale Stimulation – das Reizen der Nerven im bindegewebigen Wirbelkanal – den Querschnittsgelähmten nicht nur auf die Beine hilft. Sie beobachtete, dass sich damit auch andere gesundheitliche Probleme von ihnen bessern lassen. Menschen, die ständig im Rollstuhl sitzen, haben häufig einen chronisch niedrigen Blutdruck und Herzprobleme. Und sie können ihre Ausscheidungen oft nicht kontrollieren.

Mit epiduraler Stimulation gelang es Harkema, den Blutdruck bei vier vollständig Querschnittgelähmten in den Bereich von Gesunden anzuheben. Und das Implantat in der Lendenwirbelsäule half den Patienten, die Toilettengänge willentlich zu kontrollieren. Die Herz-Kreislauf-Probleme gingen zurück und das Immunsystem verbesserte sich. „Doch für jedes Therapieziel brauchen wir ein anderes Aktivierungsmuster des Stroms und eine etwas andere Position des Implantats im Rückenmark“, sagt Harkema. „Strom ist ein universelles Medikament, das wir sehr fein dosieren können.“

Die große Hoffnung ist, dass die Elektrizität nur vorübergehend nötig ist und man wieder auf sie verzichten kann, sobald das Problem behoben ist. Das Team in Lausanne will das Implantat Querschnittsgelähmten gleich nach dem Unfall einsetzen. Nach ein paar Wochen Reha könnten die Patienten im besten Fall ohne Strom wieder gehen. Gelingt dies nicht, könnten sie das Implantat zuschalten, damit es ihre Schritte unterstützt. „Ich hoffe darauf und halte mich fit für den Tag, an dem die Wissenschaft diese Flexibilität bietet“, so Tröger. „Am liebsten wäre es mir, wenn ich das Implantat vom Smartphone aus steuern könnte.“