Ultradünnes Implantat Rückenmarksverletzungen mit Hilfe von Elektrizität heilen

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Forscher der Chalmers University of Technology in Schweden und der University of Auckland in Neuseeland haben ein bioelektrisches Implantat entwickelt, das Ratten nach Verletzungen des Rückenmarks die Bewegungsfähigkeit zurückgibt. Dieser Durchbruch gibt neue Hoffnung auf eine wirksame Behandlung für Menschen, die aufgrund von Rückenmarksverletzungen an Gefühls- und Funktionsverlust leiden.

Einem aktuellen Bericht der Weltgesundheitsorganisation WHO zufolge leben weltweit etwa 15 Millionen Menschen mit Rückenmarksverletzungen. Das Rückenmark besteht aus zahlreichen Nervenfasern, die Signale zwischen dem Gehirn und dem Rest des Körpers übertragen. Wenn es beschädigt ist, wird die Verbindung zwischen Gehirn und Körper unterbrochen, was häufig zum Verlust von Empfindungen und Funktionen und in schweren Fällen zu Lähmungen führt.

„Anders als eine Hautwunde, die in der Regel von selbst heilt, regeneriert sich das Rückenmark nicht effektiv, was diese Verletzungen verheerend und derzeit unheilbar macht“, sagt Maria Asplund, Professorin für Bioelektronik an der Chalmers University of Technology. Zusammen mit Darren Svirskis von der University of Auckland ist sie Hauptautorin einer Studie, die kürzlich in Nature Communications veröffentlicht wurde.

Elektrizität stimulierte Nervenfasern, sich wieder zu verbinden

Vor der Geburt und in geringerem Maße auch danach spielen natürlich auftretende elektrische Felder eine wichtige Rolle bei der frühen Entwicklung des Nervensystems, indem sie das Wachstum der Nervenfasern entlang des Rückenmarks fördern und lenken. Dieses elektrische Leitsystem machen sich die Wissenschaftler nun auch im Labor zunutze. „Wir haben ein ultradünnes Implantat entwickelt, das direkt auf dem Rückenmark sitzt und präzise über der Verletzungsstelle bei Ratten positioniert wird“, sagt Bruce Harland, Senior Research Fellow an der University of Auckland und einer der leitenden Forscher der Studie. Das Gerät gibt einen sorgfältig kontrollierten elektrischen Strom über die Verletzungsstelle ab. „Das Ziel ist es, die Heilung anzuregen, damit Menschen die durch eine Rückenmarksverletzung verlorenen Funktionen wiedererlangen können“, erklärt Professor Svirskis.

In der Studie beobachteten die Forscher, wie die Behandlung mit elektrischen Feldern die Wiederherstellung der Fortbewegung und der Empfindungen bei Ratten mit Rückenmarksverletzungen verbesserte. „Langfristig soll diese Technologie in ein medizinisches Gerät umgewandelt werden, von dem Menschen mit lebensbedrohlichen Rückenmarksverletzungen profitieren könnten“, sagt Maria Asplund.

In der Studie wird zum ersten Mal ein dünnes Implantat verwendet, das die Stimulation in direktem Kontakt mit dem Rückenmark durchführt, was einen Fortschritt bei der Präzision der Rückenmarkstimulation darstellt. „Diese Studie bietet einen spannenden Konzeptnachweis, der zeigt, dass die Behandlung mit elektrischen Feldern die Genesung nach einer Rückenmarksverletzung unterstützen kann“, erklärt der Doktorand Lukas Matter von der Chalmers University of Technology, der neben Harland der zweite leitende Forscher ist.

Verbesserte Mobilität nach vier Wochen

Im Gegensatz zum Menschen sind Ratten eher dazu fähig, sich nach einer Rückenmarksverletzung spontan zu erholen, so dass die Forscher die natürliche Heilung mit der durch elektrische Stimulation unterstützten Heilung vergleichen konnten. Nach vier Wochen zeigten die Tiere, die täglich mit elektrischen Feldern behandelt wurden, eine verbesserte Bewegung im Vergleich zu den Tieren, die nicht behandelt wurden. Während der gesamten 12-wöchigen Studie reagierten sie schneller auf sanfte Berührungen. „Dies deutet darauf hin, dass die Behandlung die Wiederherstellung sowohl der Bewegung als auch der Empfindung unterstützte“, sagt Harland. „Ebenso wichtig ist, dass unsere Analyse bestätigte, dass die Behandlung keine Entzündung oder andere Schäden am Rückenmark verursachte, was beweist, dass sie nicht nur wirksam, sondern auch sicher war“, so Svirskis.

In einem nächsten Schritt soll nun untersucht werden, wie sich verschiedene Dosierungen, einschließlich der Stärke, Häufigkeit und Dauer der Behandlung, auf die Genesung auswirken, um das wirksamste Rezept für die Reparatur des Rückenmarks zu finden.

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