Die gelähmte Ratte, die wieder laufen lernte

Durch eine Rückenmarksverletzung wird die Kommunikation zwischen Gehirn und Körper unterbrochen. Dies führt zu einer Lähmung. Direkt aus dem Labor zeigt Grégoire Courtine eine neue Methode: Durch die Kombination von Medikamenten, elektronischer Stimulation und einem Roboter können die Nervenbahnen wieder aktiviert werden und der Körper lernt neu, sich zu bewegen. Sehen Sie sich hier an, wie eine gelähmte Ratte wieder gehen und Treppensteigen lernt.

Ich bin Neurowissenschaftler

und habe Physik und Medizin studiert.

Unsere Forschungsarbeit
an der ETH in Lausanne

konzentriert sich auf schwere
Rückenmarksverletzungen.

Jedes Jahr trifft es

mehr als 50 000 Menschen weltweit.

Dies hat dramatische Folgen
für die Betroffenen,

deren Leben zerstört wird,

innerhalb von Sekunden.

Ich denke, der Mann aus Stahl,

Christopher Reeve,

hat am meisten darauf aufmerksam gemacht,

wie sehr Menschen
mit Rückenmarksverletzungen leiden.

Und so begann ich

meine Auseinandersetzung
mit diesem Thema

und eine Zusammenarbeit mit der
Christopher-und-Dana-Reeve-Stiftung.

Diesen entscheidenden Moment
vergesse ich nie.

Es war am Ende eines
ganz gewöhnlichen Tages

in der Stiftung.

Chris sprach uns an,
die Wissenschaftler und Experten:

"Ihr müsst pragmatischer denken!

Geht morgen nach der Arbeit

im Reha-Zentrum vorbei

und schaut euch die Patienten an:

Jeder Schritt fällt ihnen schwer,

sie haben Mühe, sich aufrecht zu halten.

Und überlegt auf dem Heimweg,

was ihr in Zukunft
an eurer Forschung verbessern könnt.

Wie ihr das Leben dieser Patienten
verbessern könnt."

Diese Worte habe ich nie vergessen.

Das ist nun schon über 10 Jahre her,

aber seit diesem Tag verfolgt mein Team

eine pragmatische Herangehensweise
an den Genesungsprozess

nach einer Rückenmarksverletzung.

Mein erster Schritt war die Entwicklung

eines naturgetreueren Modells
zur Simulation

der Hauptsymptome beim Menschen

unter kontrollierten
experimentellen Bedingungen.

Dazu machten wir
einen senkrechten Einschnitt

auf jeder Seite.

So wird die Kommunikation

zwischen Gehirn und
Rückenmark unterbrochen;

dies führt zu einer vollständigen
und dauerhaften

Lähmung des Beins.

Es wurde jedoch beobachtet,
dass bei den meisten Menschen

ein kleines Stück intaktes
neuronales Gewebe übrig bleibt,

durch das eine Genesung möglich ist.

Doch wie bekommt man das hin?

Nun, die klassische Herangehensweise

besteht aus einem Eingriff,

der das Wieder-Zusammenwachsen

mit dem verletzten Strang unterstützt.

Und obwohl dies sicherlich
ein Weg zur Heilung ist,

fand ich das extrem kompliziert.

Für schnelle Ergebnisse

war es offensichtlich:

Ich musste die Sache ganz anders angehen.

100 Jahre Rückenmarkforschung,

beginnend mit

dem Nobelpreisträger Sherrington,

haben gezeigt,

dass das Rückenmark
unterhalb der Verletzungsstelle

genug Nervenverbindungen enthält,

um eine Fortbewegung zu koordinieren.

Aber da es keinen Input
vom Gehirn mehr gibt,

befinden sie sich in einer Art Ruhezustand,
als wären sie eingeschlafen.

Meine Idee: die Nerven wieder aufwecken!

Damals war ich Post-Doc in Los Angeles,

nachdem ich in Frankreich
meinen Doktor gemacht hatte.

Dort wird eigenständiges Denken

nicht unbedingt gefördert.

(Gelächter)

Ich traute mich kaum,
mit meinem neuen Chef zu sprechen

nahm aber all meinen Mut zusammen.

Ich ging zu meinem wunderbaren Betreuer,

Reggie Edgerton,
und erzählte ihm von meiner Idee.

Er hörte mir aufmerksam zu

und antwortete mit einem Grinsen:

"Warum versuchen Sie es nicht?"

Und ich kann Ihnen sagen,

dies war ein sehr entscheidender Moment
in meiner Karriere,

als mir klar wurde, dass der große Mentor

an junge Menschen und neue Ideen glaubte.

Und das war meine Idee:

Ich werde Ihnen
anhand einer einfachen Metapher

das komplizierte Konzept erklären:

Stellen wir uns
das Bewegungssystem als Auto vor:

Das Rückenmark ist der Motor.

Die Übertragung ist unterbrochen,
der Motor abgeschaltet.

Wie bringen wir den Motor wieder in Gang?

Als erstes brauchen wir Treibstoff.

Als zweites müssen wir das Gaspedal bedienen.

Und als drittes das Auto lenken.

Wie sich zeigte, gibt es Nervenbahnen,

die vom Gehirn ausgehen
und bei der Bewegung

genau diese Funktionen übernehmen.

Meine Idee: den fehlenden Input ersetzen

und an das Rückenmark

genau das Signal senden,

das das Gehirn auch
für eine Gehbewegung senden würde.

So griff ich auf Forschungsergebnisse
der letzten 20 Jahre
in den Neurowissenschaften zurück.

Zuerst musste der fehlende Treibstoff
ersetzt werden:

mit pharmakologischen Wirkstoffen,

die die Neuronen im Rückenmark
auf die Erregungsübertragung vorbereiten.

Und dann musste
das Gaspedal nachempfunden werden,

mittels elektrischer Stimulation.

Stellen Sie sich also eine Elektrode vor,

die auf das Rückenmark implantiert wird,

um schmerzfreie Stimuli auszusenden.

Nach einigen Jahren ist es uns gelungen,

eine elektrochemische
Neuroprothese zu entwickeln,

die das Nervensystem des Rückenmarks

von einem schlafenden
in einen wachen Zustand versetzt.

Sofort kann die gelähmte Ratte stehen.

Sobald sich das Laufband
in Bewegung setzt,

zeigt das Tier koordinierte
Beinbewegungen,

die aber nicht vom Gehirn gesteuert werden.

Dies nenne ich
"das intelligente Rückenmark".

Es verarbeitet kognitiv sensorische Reize,

die vom bewegten Bein ausgehen,

und entscheidet,
wie ein Muskel aktiviert wird,

um zu stehen, zu gehen, zu laufen,

und wie in diesem Fall aus vollem Lauf

zum Stehen zu kommen,

sobald das Laufband stoppt.

Das war unglaublich.

Ich war von dieser Bewegung
vollkommen fasziniert,

die nicht vom Gehirn gesteuert wurde,

aber gleichzeitig war ich auch frustriert.

Die Bewegung war nicht bewusst gesteuert.

Das Tier hatte keinerlei Kontrolle
über seine Beine.

Es fehlte natürlich noch die Lenkung.

Es wurde mir klar,

dass wir von der klassischen Reha

abrücken mussten,

bei der man nur auf dem Laufband läuft

und stattdessen
eine Umgebung schaffen mussten,

in der das Gehirn dazu angeregt wird,
das Bein bewusst zu kontrollieren.

Mit dieser Idee im Hinterkopf
entwickelten wir ein komplett neues

Robotersystem, das die Ratte

von allen Seiten unterstützt.

Stellen Sie sich einmal vor,
wie toll das ist!

Stellen Sie sich die kleine,
200 g schwere Ratte vor,

die an diesen riesigen,
200 kg schweren Roboter angeschlossen ist,

aber den Roboter nicht spürt.

Der Roboter existiert für die Ratte nicht.

Genau so, wie man
ein kleines Kind an der Hand hält,

während es seine ersten
unsicheren Schritte macht.

Ich fasse zusammen: Bei der Ratte wurde

ein zur Lähmung führender Schnitt
im Rückenmark vorgenommen.

Die elektrochemische
Neuroprothese sorgte dafür,

dass das Nervensystem
die Bewegung umsetzen konnte.

Mit Unterstützung des Roboters

konnte die Ratte

die gelähmten Beine bewegen.

Und als Motivation verwendeten wir

die stärksten Pharmazeutika,
die die Schweiz zu bieten hat:

feinste Schweizer Schokolade.

(Gelächter)

Tatsächlich waren
die ersten Ergebnisse sehr, sehr,

sehr enttäuschend.

Und da stand nun
meine beste Physiotherapeutin

und schaffte es beim besten Willen nicht,
die Ratte dazu zu bringen,

auch nur einen Schritt zu machen,

während die gleiche Ratte
fünf Minuten zuvor

problemlos auf dem Laufband gelaufen war.

Wir waren so frustriert.

Aber wissen Sie,
eine der wichtigsten Eigenschaften

eines Wissenschaftlers
ist die Beharrlichkeit.

Wir blieben dran.
Wir verbesserten unsere Methode,

und nach einigen Monaten harten Trainings

konnte die sonst gelähmte Ratte stehen.

Wann immer sie wollte,

konnte sie ihren ganzen Körper
in Bewegung setzen,

um zur Belohnung zu sprinten.

Es war zum ersten Mal gelungen,

nach einer experimentellen
Verletzung des Rückenmarks

mit vollständiger und dauerhafter Lähmung

wieder willkürliche Beinbewegungen
zu ermöglichen.

Tatsächlich --

(Applaus)

Danke.

Tatsächlich konnte die Ratte
nicht nur eine Bewegung

auf festem Grund auslösen und ausführen,

sondern sogar
die Beinbewegungen anpassen.

Zum Beispiel,
um die Schwerkraft zu überwinden

und so eine Treppe zu erklimmen.

Ich sage Ihnen, das war

ein sehr emotionaler Moment
in meinem Labor.

Wir haben 10 Jahre hart daran gearbeitet,

dieses Ziel zu erreichen.

Bleibt die Frage nach dem Wie?

Ich meine, wie ist das möglich?

Was wir herausgefunden haben,

war vollkommen unvorhersehbar.

Diese neuartige Methode

führte dazu, dass das Gehirn
neue Verbindungen aufbaute,

neue Schaltungen,

die Informationen aus dem Gehirn

über die Verletzung hinweg
transportieren und Kontrolle

über das Bewegungsnetz
unterhalb der Verletzung gewinnen.

Und hier sehen Sie ein Beispiel,

bei dem die vom Gehirn kommenden Fasern
in Rot dargestellt sind.

Die blaue Nervenzelle ist
mit dem Bewegungszentrum verbunden.

Und diese Konstellation

synaptischer Kontakte bedeutet,

dass das Gehirn wieder mit
dem Bewegungszentrum verbunden ist

und das über nur
eine verbindende Nervenzelle.

Dieses Phänomen beschränkte sich nicht nur

auf die verletzte Stelle.

Sondern es spielte sich
im gesamten zentralen Nervensystem ab,

einschließlich des Stammhirns,

wo wir einen Anstieg von 300 Prozent

in der Dichte der vom Gehirn aus
kommenden Fasern feststellen konnten.

Wir wollten nicht das Rückenmark heilen,

aber was wir erreichen konnten:

eine der umfassenderen Neubildungen

von Projektionsfasern,
die jemals beobachtet wurde,

und das im Zentralen Nervensystem

eines erwachsenen Säugetiers
nach einer Verletzung.

Hinter dieser Entdeckung steckt

eine wichtige Botschaft.

Es sind die Ergebnisse eines jungen Teams

von sehr talentierten Menschen:

Physiotherapeuten, Neurobiologen,
Neurochirurgen,

verschiedene Ingenieure,

die zusammen das erreicht haben,

was für einzelne Personen
unmöglich gewesen wäre.

Ein wahrlich fachübergreifendes Team!

Sie arbeiten so eng miteinander,

man könnte meinen,
sie hätten bereits dieselbe DNA.

Wir bilden die nächste Generation

von Ärzten und Ingenieuren aus,

die den Transfer neuer Entdeckungen

vom Labor auf den Patienten beherrschen.

Und ich?

Ich bin nur der Dirigent,
der diese wunderschöne Sinfonie dirigiert.

Nun bin ich mir sicher,
dass Sie sich alle fragen,

ob das verletzten Menschen hilft?

Ich auch, jeden Tag.

Und, ehrlich gesagt,
wissen wir noch nicht genug.

Es handelt sich nicht um
eine Heilmethode für Lähmungen,

aber ich beginne zu glauben,
dass diese Methode

den Heilungsprozess unterstützt

und das Leben der Betroffenen verbessert.

Ich möchte Sie nun bitten,

kurz mit mir zu träumen.

Stellen Sie sich jemanden vor, der gerade
eine Rückenmarksverletzung erlitten hat.

Nach ein paar Wochen Genesung

setzen wir
eine programmierbare Pumpe ein,

um einen individuellen
Medikamentencocktail

direkt ins Rückenmark zu injizieren.

Gleichzeitig setzen wir Elektroden ein,

eine Art zweiter Haut,

über dem Bereich des Rückenmarks,
der die Beinbewegung kontrolliert.

Und diese Elektroden sind mit einem
elektrischen Impulsgerät verbunden,

das Impulse liefert, die genau
auf die Bedürfnisse des Patienten

abgestimmt sind.

Eine individuell zugeschnittene
elektrochemische Neuroprothese,

die Bewegungsabläufe
während des Trainings

mit einem neu entworfenen,
unterstützenden System ermöglicht.

Ich hoffe, dass sich
nach mehreren Monaten Training

genug neue Verbindungen gebildet haben,

die Bewegungen
ohne den Roboter ermöglichen,

vielleicht sogar
ohne Medikamente oder Impulse.

Ich hoffe also,

eine individuelle Behandlung zu entwickeln,

bei der die Regenerierbarkeit des Gehirns

und des Rückenmarks angeregt wird.

Dies ist ein vollkommen neues Konzept,

das auch auf andere neurologische
Störungen Anwendung finden kann.

Das, was ich
"individuelle Neuroprothese" nenne,

die Nervenschnittstellen stimuliert,

habe ich im ganzen
Nervensystem eingesetzt,

im Gehirn, im Rückenmark,

sogar in den Nerven im restlichen Körper,

zugeschnitten auf die
individuellen Verletzungen des Patienten.

Nicht um die verlorene Funktion
zu ersetzen, nein --

sondern um dem Gehirn zu helfen,
sich selbst zu helfen.

Ich hoffe, das regt Ihre Fantasie an,

denn eins kann ich Ihnen versprechen:

Die Frage ist nicht,
ob diese Revolution stattfinden wird,

sondern wann.

Und vergessen Sie nicht,
wir sind nur so gut

wie unsere Fantasie
und so groß wie unsere Träume.

Danke!

(Applaus)