Ärzte Zeitung, 05.06.2012

Forscher machen gelähmten Ratten Beine

Die richtige elektrische und chemische Stimulation macht’s möglich: Querschnittsgelähmte Ratten können damit wieder kontrolliert rennen und springen. Forscher wollen mit der neuen Methode nun auch gelähmten Menschen helfen.

Von Thomas Müller

Eine Ratte lernt wieder laufen – im Video erklärt Dr. Grégoire Courtine, wie die Forscher das geschafft haben.

© EPFL

LAUSANNE. Ein Fünkchen Hoffnung für Querschnittsgelähmte: Eine experimentelle Reha-Methode könnte geeignet sein, wenn das Rückenmark zwar weitgehend durchtrennt ist, aber zumindest noch einige Nervenfasern Kontakt mit dem Gehirn haben.

Dies ist immerhin bei einem Viertel bis einem Drittel der Paraplegiker der Fall. Über die Fasern, so das Prinzip, wird langsam eine stabile Verbindung aufgebaut, mit der sich die gelähmten Extremitäten wieder kontrolliert bewegen lassen.

Dies erfordert hartes Training, bei dem sowohl neuronale Umbauprozesse im Kortex als auch im Rückenmark greifen müssen.

Für ihre Versuche haben Forscher um Dr. Grégoire Courtine von der Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) bei Ratten im Bereich T7 linksseitig und T10 rechtsseitig alle supraspinalen Fasern durchtrennt (Science 2012, 336: 1182).

Damit war die Hauptleitung komplett gekappt, es gab keine direkten, durchlaufenden Fasern im Rückenmark mehr. Allerdings konnten die durchtrennten Stränge über Querverbindungen im Bereich zwischen T7 und T10 kommunizieren.

Um diese Verbindungen zur Fortbewegung zu nutzen, müssen Gehirn und Rückenmark erst lernen, sie so auszubauen, dass die motorischen Signale an den richtigen Stellen ankommen.

Von allein geschieht dies nicht, die Ratten oder auch Menschen mit ähnlichen Verletzungen bleiben gelähmt. Entsprechend konnten unbehandelte Versuchstiere auch zwei Monate nach dem Eingriff ihre Hinterextremitäten kein bisschen bewegen.

Reha mit elektrochemischer Prothese

Das Team um Courtine injizierte nun Tieren als ersten Schritt eine Woche nach dem Eingriff einen Cocktail aus Serotonin- und Dopaminagonisten.

Dieser sollte stillgelegte motorische Schaltkreise mit Neurotransmittern versorgen, die normalerweise aus dem Hirnstamm kommen. Die Neurone wurden dadurch leichter erregbar.

In einem zweiten Schritt reizten sie das Rückenmark fünf bis zehn Minuten nach der Injektion mit epidural angebrachten Elektroden. Dadurch wurde eine Verbindung zwischen Rückenmark und Gehirn simuliert.

Schließlich schickten sie die Tiere mit dieser elektrochemischen Neuroprothese aufs Laufband. Damit gelang es zunächst, lumbosakrale Schaltkreise zu reaktivieren und reflexartige Bewegungen zu initiieren: Die Tiere bewegten ihre Hinterbeine, konnten dies aber nicht willkürlich steuern.

In einem dritten Schritt setzten sie die derart trainierten Ratten aufrecht in einen Laufroboter. Dieser gab ihnen Halt, zog sie aber auch in zweibeiniger Haltung auf ein Ziel - meist ein Stück Schokolade.

Sie bewegten sich zunächst mittels lumbosakraler Reflexe auf die Leckerei zu, konnten aber nach zwei bis drei Wochen erste selbstständige Schritte machen und kurze Zeit später in drei Minuten bis zu 21 Meter laufen - nur noch gestützt von den Haltegurten der Vorrichtung. Dabei stiegen sie auch mühelos über Treppen und Hindernisse.

Analysen zeigten, dass bei solchen Tieren die Faserdichte im Läsionsbereich fast wieder auf die Hälfte der normalen Dichte gewachsen war, neue Verbindungen sprossen in beide Richtungen massiv über die Läsionen hinweg.

Aber nicht nur das: Auch oberhalb der Läsionen hatte die Dichte von motorischen Fasern im Rückenmark deutlich zugenommen, und zugleich vervierfachte sich die Faserdichte zwischen Kortex und den extrapyramidalen Schaltstationen im Hirnstamm.

Letztlich kam es also zu einer erstaunlichen Regeneration des gesamten motorischen Systems.

Für diese Regeneration ist aber eine willensgesteuerte Bewegung unerlässlich. Bei Ratten, die nur passiv auf dem Laufband bewegt wurden, ließ sich keine Verbesserung der Willkürmotorik beobachten, auch nahm die Faserdichte nicht zu.

Willensgesteuerte Bewegung nötig

Die Ratten mussten schon das dringende Verlangen haben, sich in eine bestimmte Richtung zu bewegen.

"Die Versuche eröffnen völlig neue Perspektiven, um Menschen mit Rückenmarksverletzungen zu behandeln", so Courtine in einem Video der EPFL. Erste klinische Studien könnten schon in zwei Jahren beginnen.

Zugleich warnte er aber davor, die Ergebnisse 1:1 auf Menschen zu übertragen. "Die Auswirkungen einer solchen Behandlung sind nur schwer vorherzusehen."

Dass es aber auch bei Menschen klappen könnte - darauf deuten erste Versuche einer Arbeitsgruppe um Dr. Susan Harkema aus Louisville in Kentucky.

Die US-Forscher hatten bei einem Querschnittsgelähmten mit sensorischer Restfunktion das Rückenmark ebenfalls epidural stimuliert und ihn dabei auf einem Laufband trainieren lassen.

Damit gelang es dem Mann nach einigen Übungssitzungen tatsächlich, alleine aufrecht zu stehen und auf einem Laufband knapp fünf Minuten zu gehen.

Was die Ärzte überraschte: Nach einigen Monaten konnte der Mann seine Beinbewegungen während der Stimulation sogar teilweise wieder bewusst kontrollieren. Auch konnte er die Blase wieder selbstständig entleeren.

Courtines Forschung liefert nun Hinweise, dass mit dem richtigen Training und einem Medikamentencocktail noch viel mehr möglich ist. Vielleicht dauert es gar nicht mehr so lange, bis ein Teil der Querschnittsgelähmten wieder laufen lernt.

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