Pionierarbeit in der Neuroprothetik

Projekt NEUWalk

Herstellung von Bewegungsfunktionen nach schweren Rückenmarksverletzungen

Affensonde
© Foto Fraunhofer ICT-IMM

Elektroden am Modell einer Affenwirbelsäule

Für Menschen mit schweren Rückenmarksverletzungen gibt es derzeit keine Aussicht auf Heilung, sie bleiben an den Rollstuhl gefesselt. In dem von der EU mit rund neun Millionen Euro geförderten und von uns koordinierten Projekt NEUWalk wurde ein neuer Therapieansatz entwickelt, der es zukünftig erlauben kann, Bewegungsfunktionen nach schweren Rückenmarksverletzungen wiederherzustellen.

Das Funktionsprinzip

Das Verfahren beruht auf elektrischer Stimulation der Nervenbahnen im Rückenmark, die keine hinreichenden Steuerinformationen mehr aus dem Gehirn erhalten und unterhalb der Verletzung liegen. Zur Entwicklung und experimentellen Validierung des Verfahrens am Tiermodell haben wir flexible, vielkanalige Mikroelektrodensonden entwickelt, die im Lendenwirbelbereich auf dem Rückenmark implantiert werden. Die Positionierung der Mikroelektrodensonden erfolgt in Umgebung der Nervenwurzeln, die für das Ansprechen der an Bewegungsabläufen beteiligten Muskelpartien zuständig sind. Durch Einspeisung von Pulsmustern in bestimmter zeitlicher und örtlicher Abfolge, kann Gehmotorik ausgelöst und in ihrem Ablauf modelliert werden.

Erfolgsaussichten des Therapieansatzes

In Untersuchungen an Ratten mit gravierender, aber nicht vollständiger zur Lähmung führender Schädigung des Rückenmarks konnte gezeigt werden, dass die Stimulationsmethode in Kombination mit einem speziellen, robotergestützten Rehabilitationstraining offenbar zur Aktivierung noch intakter, aber ungenutzter Reizleitungen über die verletzte Stelle führt. Die Tiere konnten nicht nur wieder willentlich gesteuerte Gehbewegungen ausführen, sondern sogar rennen, Stufen erklimmen und Hindernisse überwinden. Mit Blick auf querschnittsgelähmte Menschen ist es das Ziel, diesen zukünftig eine größere Selbstständigkeit und Unabhängigkeit in ihrem Lebensalltag zu ermöglichen. Gegen Ende des Projekts wurde ein erster Pilotpatient erfolgreich implantiert und es konnte nach wenigen Wochen Übung mit einem Trainingsroboter gezeigt werden, dass Steh- und Gehübungen des Patienten mit signifikant verringerter Unterstützung ausführbar sind. Trotz aller bereits erzielter Erfolge ist aber davon auszugehen, dass es noch Jahre dauern wird, bis ein System für den klinischen Einsatz marktreif ist und die Wirksamkeit elektrischer Rückenmarksstimulation an einer größeren Anzahl von Patienten bestätigt worden ist.

Unser F&E Angebot

Wir haben in den vergangenen Jahren unser Know-how in der Fertigung von vielkanaligen starren oder flexiblen Mikroelektrodensonden für neuronale Signalableitung und Stimulation stetig ausgebaut. Die Sonden werden mit großem Erfolg in der vorklinischen Validierung neuer Diagnostik- und Therapieansätze in der Neurochirurgie und Neuroprothetik eingesetzt. Mit unseren zielgerichtet entwickelten Fertigungsverfahren schneidern wir die Mikroelektrodensonden maß auf die spezifischen mechanischen und anatomischen Gegebenheiten.

 

Gefördert durch: 7. Rahmenprogramm der EU, Contract No. 258654.