Weiches Material Elektrische Hirnhaut lässt gelähmte Ratten wieder gehen

Elektrische Implantate können Gelähmten helfen, ihre Beine wieder zu bewegen - doch sie wurden bisher vom Körper regelmäßig abgestoßen. Jetzt haben Forscher an Ratten ein neues Material getestet, das womöglich jahrelang im Körper bleiben könnte.

Implantat für Hirn oder Rückenmark: Mit elektrischen Impulsen und Botenstoffen können gestörte Nervenverbindungen überbrückt werden
EPFL

Implantat für Hirn oder Rückenmark: Mit elektrischen Impulsen und Botenstoffen können gestörte Nervenverbindungen überbrückt werden


Dass Querschnittsgelähmte wieder laufen können, schien lange undenkbar. Doch im April 2014 berichteten Forscher von vier Patienten, denen sie Elektroden auf die Hirnhäute im Rückenmark transplantiert hatten. Anschließend konnten die Patienten ihre Beine wieder bewegen. Geheilt waren sie zwar nicht, hatten aber einen Teil ihrer Bewegungsfreiheit zurückgewonnen.

Eine Querschnittslähmung entsteht, wenn Nervenbahnen im Rückenmark durchtrennt werden, die Gehirn und Unterkörper verbinden. Die elektrischen Implantate können den Schaden überbrücken: Auf Knopfdruck senden sie elektrische Impulse an die abgetrennten Nervenfasern und reaktivieren sie auf diese Weise. Über ein Training können Betroffene lernen, die Impulse zu nutzen, um ihre Gliedmaßen wieder gezielt zu bewegen.

Noch befinden sich solche Behandlungen im experimentellen Stadium. Ein wesentliches Problem: Die Implantate sind zu hart. Wenn sich der Rücken bewegt, reiben sie am Nervengewebe. "Dadurch entstehen Entzündungen, und das Implantat wird nach kurzer Zeit abgestoßen", erklärt Stéphanie Lacour von der Ecole Polytechnique Fédérale im schweizerischen Lausanne. Die Implantate müssen dann wieder aus dem Körper entfernt werden.

Lacour und Kollegen haben nun ein weicheres und dehnbareres Material entwickelt und es an Ratten getestet. Es könnte elektrische Implantate für Hirn und Rückenmark deutlich haltbarer machen.

Weich wie Hirnhaut

Die "Electronic Dura Mater" (Dura Mater ist die äußere Hirn- beziehungsweise Rückenmarkshaut), wie Lacour und ihre Kollegen ihr Implantat nennen, besteht aus einer hauchdünnen Silikonschicht. Auf ihr verlaufen winzige Verbindungselemente aus Gold und weiche Elektroden, die mit einer Mischung aus Platin und Silikon überzogen sind. Die Elektroden lassen sich in alle Richtungen biegen und behalten dabei ihre Leitfähigkeit. Über ein nachgiebiges kleines Röhrchen kann das Implantat Botenstoffe ins Rückenmark oder Gehirn abgeben.

Electronic Dura Mater: Das Implantat ist weich und dehnbar, ähnlich wie Hirnhaut
EPFL

Electronic Dura Mater: Das Implantat ist weich und dehnbar, ähnlich wie Hirnhaut

"Das Implantat beinhaltet die Technik, um die Nervenfasern anzuregen, und ist gleichzeitig fast so weich wie echte Hirnhaut", erklärt Lacour. So könne sich das Implantat zusammen mit dem Gewebe bewegen, berichten die Forscher im Fachmagazin "Science". Nach einem Härtetest, in dem sie die elektrische Hirnhaut gedreht und kräftig auseinandergezogen hatten, kamen sie zu dem Schluss, dass sie im menschlichen Körper fast zehn Jahre halten könnte.

Zunächst hatten die Wissenschaftler die Prothese gelähmten Ratten auf die dem Rückenmark aufliegenden Hirnhäute gepflanzt. Durch intensives Training konnten die Ratten lernen, die künstlich erzeugten Nervenimpulse in gezielte Bewegungen umzusetzen und wieder selbstständig zu laufen. Auch sechs Wochen nach der Transplantation wurde das Implantat nicht abgestoßen und funktionierte weiterhin. Zum Vergleich: Bei Ratten, denen die Forscher herkömmliche Implantate eingesetzt hatten, zeigten sich bereits nach ein bis zwei Wochen Abwehrreaktionen.

Gesteuert werden die elektrischen Signale und Botenstoffe derzeit noch über eine Kabelverbindung, die zum Implantat führt. Später soll der Befehl per W-Lan übertragen werden.

Nächster Schritt: Versuche am Menschen

Versuche am Menschen gab es mit dem neuen Material noch nicht. Es sei aber gut möglich, dass das Silikon gut verträglich sei, sagt Andreas Offenhäusser vom Forschungszentrum Jülich, der nicht an der Studie beteiligt war. Aus den Versuchen auf eine Haltbarkeit des Implantats von fast zehn Jahren beim Menschen zu schließen, hält er allerdings für gewagt. Neben dem möglichen Entzündungsrisiko sei unklar, ob die Elektronik diesen Zeitraum tatsächlich überlebt.

Dennoch hält der Physiker die Studie für einen großen Fortschritt. Sie zeige, dass der Einsatz weicherer Materialien der richtige Weg sei. Die elektrische Hirnhaut komme schon gut an die Eigenschaften der Hirnhaut heran, sei aber immer noch etwas härter. "Ich kann mir gut vorstellen, dass es noch weichere, geeignetere Materialien gibt."

Im nächsten Schritt wollen Lacour und ihre Kollegen die Technik über einen noch längeren Zeitraum und schließlich am Menschen testen. "Dann wird sich herausstellen, wie groß das Potenzial für die medizinische Anwendung tatsächlich ist", so Offenhäusser. Ein Prototyp für die kommerzielle Herstellung ist ebenfalls bereits geplant.

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wladimir.andropowitsch 15.01.2015
1. Die Markteinführung in Deutschland sollte doch optimal sein
Denn für derartige medizintechnische Implantate existieren weder Zulassungsregeln, -vorschriften oder -verfahren, die für massenhafte Menschenversuche hinderlich wären. Jedenfalls gilt dies für solche Implantate, die für die Anwendung bei Herz- und Gelenkproblematiken benutzt werden. Ist doch optimal.
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