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Behandlung von Lähmungen mit einer neuartigen Methode der Neurotechnologie

MEDIZINBehandlung von Lähmungen mit einer neuartigen Methode der Neurotechnologie

Studie hatte die Genesung von Lähmungen mit einer neuartigen Methode der Neurotechnologie gezeigt

Die Wirbel in unserem Körper sind Knochen, aus denen die Wirbelsäule besteht. Unsere Wirbelsäule enthält mehrere Nerven, die sich von unserem Gehirn bis zum unteren Rücken erstrecken. Unsere Rückenmark ist eine Gruppe von Nerven und verwandtem Gewebe, aus denen dieser Wirbel der Wirbelsäule besteht und dem Schutz bietet. Das Rückenmark ist für die Übertragung von Nachrichten (Signalen) vom Gehirn an verschiedene Teile unseres Körpers und umgekehrt verantwortlich. Aufgrund dieser Übertragung können wir Schmerzen spüren oder unsere Hände und Beine bewegen. Eine Rückenmarksverletzung ist ein extrem schweres körperliches Trauma, wenn das Rückenmark geschädigt wird. Wenn das Rückenmark verletzt wird, „fehlen“ einige der Impulse unseres Gehirns, an verschiedene Teile des Körpers weitergeleitet zu werden. Dies führt zu einem vollständigen Verlust von Empfindung, Kraft und Beweglichkeit überall unterhalb der Verletzungsstelle. Und wenn die Verletzung in der Nähe des Halses auftritt, führt dies zu Lähmung über einen großen Teil des Körpers. Eine Verletzung des Rückenmarks ist sehr traumatisch und hat einen erheblichen Einfluss auf das tägliche Leben des Betroffenen mit nachhaltigen körperlichen, geistigen und emotionalen Auswirkungen.

Neue vielversprechende Studie

Derzeit gibt es keine Heilung für Schäden, die durch eine Wirbelsäulenverletzung verursacht wurden, da sie irreversibel sind. Einige Behandlungs- und Rehabilitationsformen helfen den Patienten, ein fruchtbares und unabhängiges Leben zu führen. Es wird viel geforscht mit der Hoffnung, dass eines Tages Rückenmarksverletzungen vollständig behandelt werden können. In einer bahnbrechenden Studie hat ein Team von Wissenschaftlern der Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne und des Universitätsspitals Lausanne in der Schweiz eine neuartige Therapie entwickelt, um die Genesung nach einer Rückenmarksverletzung voranzutreiben. Diese Studie namens STIMO (STImulation Movement Overground) wurde veröffentlicht in Natur1 und Nature Neuroscience2. Wissenschaftler geben an, dass ihre Ergebnisse auf den Erkenntnissen basieren, die sie bei der Analyse von Tiermodellen durch jahrelange Forschung gewonnen haben.

Die Wissenschaftler wollten das Echtzeitverhalten von Gehirn und Rückenmark nachahmen. Die Teilnehmer dieser Studie waren drei Querschnittgelähmte, die eine Halswirbelsäulenverletzung erlitten hatten und seit vielen Jahren (mindestens vier) gelähmt waren. Alle hatten sich unterschiedlichen Rehabilitationen unterzogen und obwohl es an der Verletzungsstelle neuronale Verbindungen gab, kamen sie nicht in Bewegung. Nach dem in der aktuellen Studie beschriebenen neuen Rehabilitationsprotokoll konnten sie innerhalb einer Woche mit Hilfe von Krücken oder Gehhilfen gehen und zeigten, dass sie die willkürliche Kontrolle der nach Verletzungen gelähmten Beinmuskulatur wiedererlangten.

Die Forschung erreichte dies durch „gezielte elektrische Stimulation von Nervenzellen“ im Lendenwirbelsäulenmark zusammen mit einer gewichtsunterstützten Therapie. Die elektrische Stimulation des Rückenmarks erfolgte mit sehr hoher Präzision, was diese Studie einzigartig machte. Die Stimulation war wie kurze elektrische Schläge, die die Signale verstärken und dem Gehirn und den Beinen gelähmter Teilnehmer helfen würden, besser zu kommunizieren. Zu diesem Zweck wurden Implantate – eine Reihe von Elektroden (16 Elektroden auf einem Impulsgenerator) – auf das Rückenmark gesetzt, die es den Forschern ermöglichen, auf verschiedene einzelne Muskeln in den Beinen der Teilnehmer zu zielen. Dieses Implantat, eine Maschine von der Größe einer Streichholzschachtel, wurde ursprünglich für die Behandlung von Muskelschmerzen entwickelt. Es war eine technologische Herausforderung, dieses Gerät chirurgisch an bestimmten Regionen des Rückenmarks implantieren zu können. Unterschiedliche Konfigurationen dieser Elektroden in den Implantaten aktivierten gezielte Regionen des Rückenmarks und ahmten Signale/Nachrichten nach, die an das Gehirn übermittelt werden mussten, um gehen zu können. Neben der Elektrostimulation mussten die Patienten auch selbst „denken“, um ihre Beine zu bewegen, um alle schlafenden Neuronenverbindungen zu wecken.

Training

Für die Teilnehmer war es wichtig, einen genauen Zeitpunkt und Ort der elektrischen Stimulation zu haben, um eine bestimmte Bewegung zu erzeugen. Gezielte Stromimpulse wurden von einem drahtlosen Steuerungssystem geliefert. Für die Teilnehmer war es eine Herausforderung, die Koordination zwischen der „Intention“ ihres Gehirns zu gehen und der externen elektrischen Stimulation anzupassen und zu verfeinern. Das Experiment führte zu einer besseren neurologischen Funktion und ermöglichte es den Teilnehmern, im Labor über einen längeren Zeitraum auf natürliche Weise oberirdische Gehfähigkeiten zu trainieren. Nach einer Woche konnten alle drei Teilnehmer mit Hilfe gezielter Elektrostimulation und einer Körpergewichtsentlastung über einen Kilometer freihändig gehen. Sie erlebten keine Ermüdung der Beinmuskulatur und ihre Schrittqualität war konstant, sodass sie bequem an langen Trainingseinheiten teilnehmen konnten.

Nach fünf Monaten Training verbesserte sich die willkürliche Muskelkontrolle aller Teilnehmer signifikant. Eine so lange und hochintensive Trainingseinheit erwies sich als sehr gut für die Aufrechterhaltung der Plastizität, indem die unserem Nervensystem innewohnende Fähigkeit zur „Reorganisation“ von Nervenfasern und zum Wachstum neuer Nervenverbindungen genutzt wird. Längeres Training führte zu einer verbesserten und konstanten motorischen Funktion, auch nachdem die externen elektrischen Stimulationen abgeschaltet wurden.

Bisherige Studien mit empirischen Ansätzen waren erfolgreich, in denen wenige Querschnittsgelähmte mit Hilfe von Gehhilfen wenige Schritte über kurze Distanzen gehen konnten, solange elektrische Stimulationen zur Verfügung gestellt wurden. Wenn die Stimulationen ausgeschaltet wurden, kehrte ihr vorheriger Zustand zurück, in dem die Patienten keine Beinbewegungen aktivieren konnten, und dies liegt daran, dass die Patienten nicht „ausreichend trainiert“ waren. Ein einzigartiger Aspekt der aktuellen Studie ist, dass die neurologischen Funktionen auch nach Beendigung des Trainings und Ausschalten der Elektrostimulation bestehen blieben, obwohl die Teilnehmer bei eingeschalteter Stimulation viel besser gingen. Diese Trainingsbehandlung könnte dazu beigetragen haben, neuronale Verbindungen zwischen Gehirn und Rückenmark, die infolge einer Verletzung funktionsunfähig geworden waren, wieder aufzubauen und zu stärken. Die Wissenschaftler waren erfreut über die unerwartete Reaktion des menschlichen Nervensystems auf ihr Experiment.

Dies ist eine bahnbrechende Forschung für Patienten, die verschiedene Arten von chronischen Rückenmarksverletzungen erlitten haben, und es wurde die Hoffnung geweckt, dass sie sich mit dem richtigen Training erholen können. Das von den Autoren dieser Studie mitgegründete Start-up-Unternehmen GTX medical möchte maßgeschneiderte Neurotechnologie die zur Rehabilitation im Gesundheitswesen genutzt werden können. Eine solche Technologie soll auch viel früher getestet werden, dh unmittelbar nach einer Verletzung, wenn das Erholungspotential viel höher ist, da das neuromuskuläre System des Körpers keine vollständige Atrophie bei chronischer Lähmung erfahren hat.

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{Sie können das ursprüngliche Forschungspapier lesen, indem Sie auf den unten angegebenen DOI-Link in der Liste der zitierten Quellen klicken}

Quelle (n)

1. Wagner FB et al 2018. Gezielte Neurotechnologie stellt das Gehen bei Menschen mit Rückenmarksverletzungen wieder her. Natur. 563 (7729). https://doi.org/10.1038/s41586-018-0649-2

2. Asboth L et al. 2018. Die Reorganisation des Cortico-Reticulo-Spinal-Kreislaufs ermöglicht eine funktionelle Erholung nach einer schweren Rückenmarksprellung. Natur Neurowissenschaften. 21(4). https://doi.org/10.1038/s41593-018-0093-5

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