Nach schweren Unfällen mit Wirbelsäulenverletzung droht oft eine Querschnittslähmung. Ein Forschungsteam entwickelt ein innovatives Implantat, das direkt am Rückenmark die Verletzung eindämmt und so die Nervenfasern zur Regeneration anregen soll.
Nach Rückenmarksverletzungen bleiben Betroffene oft dauerhaft gelähmt. Ein Forschungsteam aus Berlin arbeitet an einem Implantat, das die Narbenbildung verhindern und Regeneration fördern könnte.
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Ein kurzer Moment kann ein ganzes Leben verändern. Ein Verkehrs- oder Sportunfall kann dazu führen, dass das Rückenmark dauerhaft geschädigt wird und eine Querschnittslähmung zurückbleibt. In Deutschland sind es bis zu 2.500 neue Fällen pro Jahr. „Da kann ein ganzer Lebensentwurf verloren gehen“, erklären Dr. Jacob Spinnen und Dr. Vanessa Hubertus, von der Charité – Universitätsmedizin Berlin. Eine schnelle Operation, eine sogenannte knöcherne Dekompression innerhalb der ersten 24 Stunden, kann den Druck vom Rückenmark nehmen und im besten Fall eine vollständige Lähmung verhindern. Doch die Erfolgsaussichten sind begrenzt. „De facto haben wir seit hundert Jahren kaum Fortschritte in der Behandlung dieser Patientinnen und Patienten gemacht“, sagt Spinnen. Genau hier setzt das Projektteam von Neurolith an. Die Forschenden wollen neue Wege für eine Therapie eröffnen. Dabei unterstützt sie das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) im Rahmen der Fördermaßnahme GO-Bio initial.
Narbengewebe verhindert Regeneration
Eine Querschnittslähmung entsteht häufig als gravierende Folge von schweren Verletzungen der Wirbelsäule. Bricht ein Wirbelkörper bei einem Unfall und verschiebt sich, können Teile des Knochens nach vorne oder hinten rutschen und dabei das empfindliche Rückenmark zusammendrücken. Wird eine solche Verletzung früh erkannt, versuchen Ärztinnen und Ärzte, den Druck auf das Rückenmark so schnell wie möglich operativ zu verringern, um weitere Schäden zu verhindern. Dazu wird mithilfe einer Operation an der Wirbelsäule der Wirbelbogen im betroffenen Segment entfernt. Auf diese Weise erhält das Rückenmark mehr Raum und der Druck auf die empfindlichen Nervenbahnen wird reduziert. Doch nicht nur die unmittelbare Quetschung richtet Schaden an. Die Verletzung löst im Körper auch eine Immunreaktion aus, die eine komplexe Kaskade molekularbiologischer Prozesse in Gang setzt. „Was unseren Körper eigentlich schützen soll, wird hier leider zum Problem“, erklärt Spinnen. Im Bereich der Verletzung bildet sich Narbengewebe, das verhindert, dass sich das Rückenmark später wieder regenerieren kann.
Es liegt nahe, medikamentös in diesen Entzündungsprozess einzugreifen und eine Narbenbildung zu verhindern. Das wurde in der Vergangenheit auch mit verschiedenen Therapien probiert. „Inzwischen ist man davon jedoch weitgehend abgerückt“, erklärt Spinnen. Die eingesetzten Medikamente wirken im ganzen Körper. Bei Patientinnen und Patienten, die nach schweren Unfällen meist noch weitere Verletzungen haben, kann das zu schweren Nebenwirkungen führen. Hinzu kommen weitere Probleme. Durch die Quetschung können Blutgefäße im betroffenen Bereich zerstört sein, sodass Wirkstoffe ihr Ziel nur schwer erreichen. Und zudem stellt die sogenannte Blut-Rückenmark-Schranke ein Hindernis dar. Im gesunden Zustand schützt sie das empfindliche Rückenmark vor Keimen oder anderen Einflüssen. Hier kann sie aber auch verhindern, dass die Medikamente in ausreichender Konzentration an den Ort der Verletzung gelangen. „Deshalb wollen wir dort ansetzen, wo ein Großteil der Verletzungsprozesse abläuft – also direkt am verletzten Rückenmark“, fasst Spinnen die zentrale Idee des Entwicklungsteams zusammen.
Therapie direkt am Ort der Verletzung
Projektleiter Dr. Jacob Spinnen
Charité – Universitätsmedizin Berlin
Das Team um die beiden Unfall- und Neurochirurgen verfolgt deshalb einen neuen Ansatz. Im Rahmen der ohnehin notwendigen Operation zur mechanischen Entlastung wollen die Forschenden zusätzlich ein chirurgisches Implantat einsetzen. Neben der mechanischen Entlastung des Rückenmarks soll dieses Implantat gezielt in die molekularbiologischen Prozesse im verletzten Gewebe eingreifen. Ziel ist es, die Narbenbildung zu verhindern und damit die Voraussetzungen für eine Regeneration des Rückenmarks zu schaffen. Wenn die Nervenfasern nicht vom Narbengewebe aufgehalten werden, können sie nachwachsen und sich wieder miteinander verbinden. In Kombination mit einer frühen Mobilisierung und intensiver Physiotherapie kann so eine Regeneration erreicht und eine dauerhafte Lähmung verhindert werden.
Das Implantat muss dafür eine Vielzahl komplexer Prozesse beeinflussen und ist entsprechend anspruchsvoll in der Entwicklung. Um allen Anforderungen gerecht zu werden, arbeiten drei Fachrichtungen intensiv zusammen: Materialwissenschaft, Chemie und angewandte Wirbelsäulenchirurgie. Der Forschungsverbund aus dem BioReconstrucion Lab an den Kliniken für Unfall- und Neurochirurgie der Charité, dem Helmholtz-Zentrum Hereon, Institut für Aktive Polymere in Teltow, und dem Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC in Würzburg steht auf dem Weg zu einem einsatzfähigen Prototyp jedoch noch vor einigen Herausforderungen. „Wir haben es mit einem sehr vulnerablen Patientenkollektiv zu tun“, erklärt der Unfallchirurg. „Deshalb müssen wir absolut sicher sein, dass wir keinen zusätzlichen Schaden verursachen.“ Ein großer Teil der Forschungsarbeit fließt daher in die Prüfung der Sicherheit und Biokompatibilität jeder einzelnen Komponente. „Wir hoffen, in fünf bis sechs Jahren so weit zu sein, dass wir einen ersten Prototyp im Rahmen einer klinischen Studie implantieren können“, sagt Spinnen.
Vom Labor zur Anwendung
Neben den medizinischen und regulatorischen Hürden spielen auch wirtschaftliche und strategische Fragen eine Rolle. Für die spätere Finanzierung einer klinischen Studie ist es etwa entscheidend, sorgfältig und umsichtig mit der zugrunde liegenden Patentidee umzugehen. „Die Gründungsförderung und die dazugehörige Unterstützung hilft uns dabei sehr“, sagt Spinnen. Für den Unfallchirurgen gehören Forschung und die klinische Anwendung eng zusammen. „Ich habe von meinem Doktorvater gelernt, dass man das regulatorische und ökonomische Umfeld immer mitdenken muss, wenn man möchte, dass die eigene Forschung irgendwann tatsächlich angewendet wird“, sagt Spinnen. Sein persönliches Ziel formuliert er schlicht: „Mein größter Wunsch ist es, unser Implantat eines Tages einer oder einem Schwerverletzten zu implantieren und damit eine dauerhafte Lähmung zu verhindern.“
Wissenschaftlicher Ansprechpartner:
Dr. Jacob Spinnen
Charité − Universitätsmedizin Berlin
Klinik für Unfall- und Wiederherstellungschirurgie
Hindenburgdamm 30
12203 Berlin
jacob.spinnen@charite.de