Forscherinnen und Forscher der EPFL und des Universitätsspitals Lausanne (CHUV) haben unter der Leitung der Professoren Grégoire Courtine und Jocelyne Bloch einen wichtigen Meilenstein in der Behandlung von Rückenmarksverletzungen (SCI) erreicht. Durch die Anwendung der tiefen Hirnstimulation (DBS) auf eine unerwartete Hirnregion – den lateralen Hypothalamus (LH) – hat das Team die Wiederherstellung der Bewegungen der unteren Gliedmaßen bei zwei Personen mit teilweiser Schädigung des Rückenmarks verbessert und damit deren Autonomie und Wohlbefinden erheblich gesteigert.
Wolfgang Jäger, ein 54-Jähriger aus Kappel, Österreich, sitzt seit 2006 im Rollstuhl, nachdem er sich bei einem Skiunfall eine Rückenmarksverletzung zugezogen hatte. Durch die Teilnahme an der klinischen Studie konnte er aus erster Hand erfahren, wie die tiefe Hirnstimulation seine Mobilität und Unabhängigkeit wiederherstellen kann. „Letztes Jahr im Urlaub war es kein Problem, mit Hilfe der Stimulation ein paar Schritte hinunter und zurück zum Meer zu gehen“, beschrieb Jäger die neu gewonnene Freiheit, die ihm die DBS gegeben hat. Neben dem Gehen hat die Therapie auch alltägliche Aufgaben verbessert. „Ich kann auch Dinge in meinen Küchenschränken erreichen“, fügte er hinzu.
Die DBS ist eine etablierte neurochirurgische Technik, bei der Elektroden in bestimmte Hirnregionen implantiert werden, um die neuronale Aktivität zu modulieren. Traditionell wird die DBS zur Behandlung von Bewegungsstörungen wie der Parkinson-Krankheit und dem essentiellen Tremor eingesetzt, indem die für die motorische Kontrolle zuständigen Hirnregionen gezielt behandelt werden. Die Anwendung der DBS auf den lateralen Hypothalamus zur Behandlung partieller Lähmungen ist jedoch ein neuer Ansatz. Durch die Konzentration auf den LH haben die Forscher von .Neurorestore einen unerwarteten neuronalen Pfad angezapft, der bisher für die motorische Erholung nicht in Betracht gezogen worden war.
In der Studie, die in Nature Medicine veröffentlicht wurde, zeigte die DBS nicht nur unmittelbare Ergebnisse bei der Verbesserung des Gehens während der Rehabilitation, sondern die Patienten zeigten auch langfristige Verbesserungen, die auch nach Abschalten der Stimulation anhielten. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Behandlung eine Reorganisation der verbleibenden Nervenfasern förderte, die zu anhaltenden neurologischen Verbesserungen beiträgt.
„Diese Forschung zeigt, dass das Gehirn benötigt wird, um sich von einer Lähmung zu erholen. Überraschenderweise ist das Gehirn nicht in der Lage, die neuronalen Projektionen, die nach einer Rückenmarksverletzung erhalten bleiben, vollständig zu nutzen. Hier haben wir herausgefunden, wie man eine kleine Region des Gehirns anzapfen kann, von der nicht bekannt war, dass sie an der Produktion des Gehens beteiligt ist, um diese verbleibenden Verbindungen zu aktivieren und die neurologische Genesung bei Menschen mit Rückenmarksverletzungen zu verbessern“, sagt Courtine, Professor für Neurowissenschaften an der EPFL, dem Universitätsspital Lausanne (CHUV) und der UNIL und Co-Direktor des Zentrums .NeuroRestore.
Grundlagen der Neurowissenschaft kombiniert mit neurochirurgischer Präzision
Der Erfolg dieser DBS-Therapie hing von zwei sich ergänzenden Ansätzen ab: Entdeckungen, die durch neue Methoden in Tierstudien ermöglicht wurden, und die Umsetzung dieser Entdeckungen in präzise chirurgische Techniken beim Menschen. Für die Operation nutzten die Forscher detaillierte Hirnscans, um die genaue Position der kleinen Elektroden im Gehirn festzulegen, die von Bloch am CHUV bei völlig wachem Patienten angebracht wurden.
„Nachdem die Elektrode angebracht war und wir die Stimulation durchgeführt hatten, sagte die erste Patientin sofort: ‚Ich spüre meine Beine.‘ Als wir die Stimulation verstärkten, sagte sie: ‚Ich spüre den Drang zu gehen!‘ Dieses Echtzeit-Feedback bestätigte, dass wir die richtige Region angesprochen hatten, auch wenn diese Region beim Menschen nie mit der Steuerung der Beine in Verbindung gebracht worden war. In diesem Moment wusste ich, dass wir Zeugen einer wichtigen Entdeckung für die anatomische Organisation der Hirnfunktionen sind“, sagt Bloch, Neurochirurg und Professor am Universitätsspital Lausanne (CHUV), an der UNIL und an der EPFL sowie Co-Direktor des Zentrums .NeuroRestore.
Die Rolle des lateralen Hypothalamus bei der Wiederherstellung des Gehens
Die Identifizierung des lateralen Hypothalamus als Schlüsselakteur bei der motorischen Erholung nach einer Lähmung ist an sich schon eine wichtige wissenschaftliche Entdeckung, da diese Region traditionell nur mit Funktionen wie Erregung und Ernährung in Verbindung gebracht wurde. Dieser Durchbruch resultierte aus der Entwicklung einer neuartigen, mehrstufigen Methodik, die mit einer anatomischen und funktionellen Kartierung des gesamten Gehirns begann, um die Rolle dieser Region beim Gehen zu bestimmen, gefolgt von Experimenten in präklinischen Modellen, um die genauen Schaltkreise zu ermitteln, die an der Erholung beteiligt sind. Letztendlich führten diese Ergebnisse zu klinischen Versuchen mit menschlichen Teilnehmern.
„Es war Grundlagenforschung, durch die Erstellung detaillierter hirnweiter Karten, die es uns ermöglichte, den lateralen Hypothalamus bei der Wiederherstellung des Gehens zu identifizieren. Ohne diese Grundlagenarbeit hätten wir die unerwartete Rolle, die diese Region bei der Wiederherstellung des Gehens spielt, nicht aufgedeckt“, sagt Jordan Squair, einer der Hauptautoren der Studie.
Die fortschrittliche Bildgebungsplattform des Wyss-Zentrums spielte bei dieser Forschung eine entscheidende Rolle, da sie hochauflösende Bildgebungsmöglichkeiten bereitstellte, die es dem Team ermöglichten, die anatomische und funktionelle Aktivität von Neuronen im gesamten Gehirn abzubilden, was die Identifizierung des lateralen Hypothalamus ermöglichte.
Kombination von DBS mit Wirbelsäulenimplantaten für eine bessere Genesung
Diese bemerkenswerten Ergebnisse ebnen den Weg für neue therapeutische Anwendungen, um die Genesung nach einer Schädel-Hirn-Transplantation zu verbessern. Zukünftige Forschungen werden die Integration von DBS mit anderen Technologien untersuchen, wie z. B. mit Wirbelsäulenimplantaten, die bereits ihr Potenzial zur Wiederherstellung der Bewegung nach einer Schädel-Hirn-Transplantation gezeigt haben. „Die Integration unserer beiden Ansätze – Gehirn- und Wirbelsäulenstimulation – wird eine umfassendere Genesungsstrategie für Patienten mit Rückenmarksverletzungen bieten“, sagt Courtine.
Original Paper:
Hypothalamic deep brain stimulation augments walking after spinal cord injury | Nature Medicine
