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Medizin

Reha: Paraplegische Ratten laufen mit „elektrochemischer“ Prothese

Freitag, 1. Juni 2012

© Courtine Lab

Lausanne – Die Kombination aus Injektionen und epiduraler Stimulation ermöglicht es querschnittsgelähmten Ratten – nach einem harten Training und mit Unterstützung eines Roboters – wieder auf den Hinterbeinen zu laufen. Die Studie in Science (2012: 336: 1182-1185) zeigt, wie die Plastizität von Gehirn und Rückenmark für die Rehabilitation von Patienten mit partieller Rückenmarksverletzung genutzt werden könnten.

Klar ist: Die Ratten, die auch dem Video der Ecoles Polytechniques Fédérales Suisse in Lausanne (EPFL) auf den Hinterbeinen einem Stückchen Schokolade zueilen, waren paraplegisch. Ihr Rückenmark war allerdings nur teilweise durchtrennt worden. Bei einer kompletten Querschnittslähmung hätte das Team um Grégoire Courtine wohl keinen Erfolg erzielt.

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Aber auch bei vielen paraplegischen Patienten ist das Rückenmark nicht vollständig zerstört. Bei etwa einem Viertel bis Drittel bestehen noch Verbindungen. Das Ziel der Reha-Behandlung in den Experimenten bestand darin, diese wenigen deszendierenden Bahnen im Bereich der Rückenmarksläsion, die bisher anderen Zwecken dienten, für die Steuerung der Lokomotion in den unteren Extremitäten zu rekrutieren.

Courtine konnte davon ausgehen, dass nur wenige Signale von der motorischen Rinde benötigt werden, um den lahmen Ratten wieder zu einer willens­ge­steuerten Bewegung zu verhelfen. Bereits 2009 hatte er nämlich zeigen können, dass querschnittsgelähmte Ratten auch ganz ohne Signale vom Gehirn automatisierte Bewegungen durchführen können, die ihnen beispielsweise die Fortbewegung in einem Laufrad ermöglichen.

Die Tiere nutzen dabei vorhandene Reflexbögen im Rückenmark. Die Ergebnisse beeindruckten den Forscher so sehr, dass er von einer „angeborenen Intelligenz des Rückenmarks“ spricht. Da die Kontrolle über das Gehirn fehlt, waren die Bewegungen allerdings ziellos. Die Tiere konnten sie nicht bewusst steuern.

Nun ist bekannt, dass Gehirn und Rückenmark eine gewisse Fähigkeit zur Plastizität haben. Wenn erforderlich, können sich die Neuronen neu „verdrahten“. Das Ziel der Forscher bestand fortan darin, diese Plastizität zu fördern, um auf diesem Weg eine Kontrolle der Fortbewegung durch das Gehirn zu ermöglichen. Courtine nennt dies „neue Ontogenese“, eine Art Wiederholung der Wachstumsphase eines Säuglings.

Dies gelang zum einen mit Hilfe von Monoamin-Agonisten, die das Team den Ratten in die Läsionen injizierte. Die Monoamin-Agonisten binden im Rückenmark an den Rezeptoren für Dopamin, Adrenalin oder Serotonin. Sie ersetzten die bei gesunden Tieren von den Hirnstammbahnen freigesetzten Neurotransmitter. Damit die Neurotransmitter auch benutzt werden, wurden die Neurone von außen elektrisch stimuliert.

Die Forscher implantierten den Tieren epidurale Elektroden, die elektrische Impulse an das Rückenmark abgeben. Mit Hilfe derartiger Elektroden hatte im letzten Jahr ein US-Patient in der Reha gewisse Fortschritte gemacht. Er lernte – mit Unterstützung der Arme – eine Zeitlang auf den eigenen Beinen zu stehen.

In einer Hängeeinrichtung – teilweise vom Körpergewicht befreit – waren ihm erste Schritte gelungen (Lancet 2011; 377: 1938-1947). Das Rückenmark war bei dem Patienten, wie jetzt bei den Ratten, nur partial geschädigt, so dass die Forscher vermuten, dass sich bei ihm Neuronen neu verdrahtet haben. Dies hatte dem US-Patienten, einem ehemaligen aktiven Sportler, etliche Mühe gekostet.

Auch die Ratten von Courtine benötigten die Hilfe eines Roboters, der sie stützte und bei Bedarf eingriff, wenn sie das Gleichgewicht verloren. Mit dieser Unterstützung lernten sie aber nach einer Weile auf den Hinterpfoten über eine Plattform willensgesteuert zu laufen. Als Belohnung winkte am Ende der Plattform ein Stückchen Schokolade. Schließlich waren sie auch in der Lage, Stufen zu überwinden.

Die Ratten mussten die Bewegungen allerdings mühevoll lernen. Ohne Schokolade und einer rein passiven Umgebung in einem Laufrad erzielten Tiere einer Vergleichsgruppe nur geringe Fortschritte, berichten die Forscher. Eine gewisse Willensstärke scheint Voraussetzung für die Plastizität zu sein.

Das Beispiel des US-Patienten zeigt, dass die Therapie im Prinzip auch auf die Neurorehabilitation von Schlaganfallpatienten übertragen werden könnte. Voraussetzung ist allerdings, dass die Rückenmarksverletzung nicht komplett ist und weiterhin deszendierende Bahnen vorhanden sind, was durch neurophysiologische Untersuchungen festgestellt werden könnte.

Ob die Therapie erfolgreich ist, können nur klinische Studien zeigen. Courtine hofft, in ein bis zwei Jahren am Zentrum für Rückenmarksverletzungen an der Universitätsklinik Balgrist in Zürich Phase-II-Tests am Menschen beginnen zu können. © rme/aerzteblatt.de

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