Durch Stimulierung des Hypothalamus können gelähmte Patienten wieder gehen

Die Entdeckung, dass eine unerwartete Hirnregion für die Wiederherstellung des Gehens bei Mäusen mit Rückenmarksverletzungen entscheidend ist, hat zu einer tiefen Hirnstimulationstherapie beim Menschen geführt. Der Ansatz stellte bei zwei Personen mit teilweisen Rückenmarksverletzungen eine ausreichende Beinkontrolle wieder her, so dass sie ohne fremde Hilfe gehen und sogar Treppen steigen konnten.

Michael David Mitchell 02.12.2024

Forschende der EPFL und des Universitätsspitals Lausanne (CHUV) unter der Leitung der Professoren Grégoire Courtine und Jocelyne Bloch haben einen wichtigen Meilenstein in der Behandlung von Rückenmarksverletzungen (SCI) erreicht. Durch die Anwendung der tiefen Hirnstimulation (DBS) in einer unerwarteten Hirnregion – dem lateralen Hypothalamus (LH) – konnte das Team die Wiederherstellung der Bewegungen der unteren Gliedmassen bei zwei Personen mit teilweiser SCI verbessern und so deren Autonomie und Wohlbefinden erheblich steigern.

«Letztes Jahr im Urlaub war es kein Problem, mit Stimulation ein paar Schritte hinunter und zurück zum Meer zu gehen.» Wolfgang Jäger, Teilnehmer der Studie

Wolfgang Jäger, ein 54-Jähriger aus Kappel, Österreich, sitzt seit 2006 im Rollstuhl, nachdem er sich bei einem Skiunfall eine Rückenmarksverletzung zugezogen hatte. Als er an der klinischen Studie teilnahm, 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», beschreibt Jäger die neu gewonnene Freiheit, die ihm die DBS gebracht hat. Die Therapie hat nicht nur das Gehen, sondern 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 Forschenden von .Neurorestore einen unerwarteten neuronalen Pfad, der bisher für die motorische Wiederherstellung nicht in Betracht gezogen worden war.

In der in Nature Medicine veröffentlichten Studie zeigte die DBS-Behandlung nicht nur unmittelbare Ergebnisse bei der Verbesserung des Gehens während der Rehabilitation, sondern die Patienten zeigten auch langfristige Verbesserungen, die selbst dann anhielten, wenn die Stimulation abgeschaltet wurde. 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.» Grégoire Courtine

«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 Erholung bei Menschen mit Rückenmarksverletzungen zu verbessern», sagt Courtine, Professorin für Neurowissenschaften an der EPFL, dem Universitätsspital Lausanne (CHUV) und der UNIL und Co-Direktorin des NeuroRestore-Zentrums.

Neurowissenschaftliche Grundlagen 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 Forschenden detaillierte Hirnscans, um die genaue Position der kleinen Elektroden im Gehirn festzulegen. Die Operation wurde von Bloch am CHUV durchgeführt, während der Patient völlig wach war.

«In diesem Moment wusste ich, dass wir Zeugen einer wichtigen Entdeckung für die anatomische Organisation der Gehirnfunktionen wurden.» Jocelyne Bloch

«Sobald die Elektrode angebracht war und wir die Stimulation durchführten, 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 getroffen hatten, auch wenn diese Region beim Menschen nie mit der Kontrolle der Beine in Verbindung gebracht worden war. In diesem Moment wusste ich, dass wir Zeugen einer wichtigen Entdeckung für die anatomische Organisation der Hirnfunktionen waren», 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 Erholung des Gehens

Die Identifizierung der LH als Schlüsselrolle bei der motorischen Erholung nach einer Lähmung ist an sich schon eine wichtige wissenschaftliche Entdeckung, da diese Region bisher nur mit Funktionen wie Erregung und Nahrungsaufnahme in Verbindung gebracht wurde. Dieser Durchbruch entstand durch die 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.

«Ohne diese grundlegende Arbeit hätten wir die unerwartete Rolle, die diese Region bei der Wiederherstellung des Gehens spielt, nicht entdecken können.» Jordan Squair

«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 am Wyss-Zentrum 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, wodurch die Identifizierung des lateralen Hypothalamus möglich wurde.

Kombination von DBS mit Wirbelsäulenimplantaten für eine bessere Genesung

Diese bemerkenswerten Ergebnisse ebnen den Weg für neue therapeutische Anwendungen zur Verbesserung der Genesung nach einem Schädel-Hirn-Trauma. Künftige Forschungsarbeiten 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-Verletzung gezeigt haben: «Die Integration unserer beiden Ansätze – Gehirn- und Wirbelsäulenstimulation – wird eine umfassendere Genesungsstrategie für Patienten mit Rückenmarksverletzungen bieten», sagt Courtine.