Implantierbares Mikrosystem zur Rückenmarksadaptation bei einer Behandlung der Querschnittlähmung

Status:

abgeschlossen 04/2010

Zielsetzung:

- Weiterentwicklung der in letzter Zeit entwickelten biochemischen Methoden durch ein chirurgisches Verfahren der Adaptation der verletzten Rückenmarksstrukturen zu einem vollständigen Konzept für die Behandlung der Querschnittlähmung.
- Entwicklung eines biokompatiblen mechanischen Mikrosystems ("Chip"), das in längs verlaufenden Röhren das gerichtete Auswachsen von Axonen und eine mechanische Verbindung der Gewebsstrukturen sowie durch ein radiäres tubuläres System die gezielte Zuführung medikamentöser Substanzen in den Verbindungsbereich ermöglicht.

Aktivitäten/Methoden:

- Herstellung eines Verbindungselements auf Grundlage mikrosystemtechnischer Verfahren, welches aus Mikrostrukturen mit einer großen Anzahl paralleler Röhren sowie weiterer querverlaufender Kanäle besteht.
- Entwicklung einer Abformtechnik für bioresorbierbare Materialien, die es erlaubt, eine formtreue Abformung der Mikrostrukturen zu erzielen. Die Implantate werden tierexperimentell an Ratten getestet.
- Histologische und Verhaltens-Untersuchungen zum Nachweis der Funktion des Systems
- Erarbeitung möglicher klinischer Anwendungsverfahren nebst der Etablierung einer validen Operationsmethodik.

Ergebnisse:

Nach der Durchtrennung von Rückenmarksgewebe (Querschnittlähmung) bilden die verletzten neuronalen Strukturen Aussprossungen als Versuch einer Heilung. Gleichzeitig werden Substanzen freigesetzt, welche dieses verhindern. Bekannt ist, dass sowohl die inhibitorischen Substanzen als auch die Narbenbildung auf molekularer Basis beeinflusst werden können und so die Heilung des Rückenmarks, welche früher als unerreichbar galt, möglich werden könnte. Es fehlt ein Verfahren zur mechanischen Adaptation des Gewebes im Submillimeterbereich. Unser langfristiges Forschungsziel besteht darin, mit Hilfe eines implantierbaren biodegradierbaren Mikrosystems, das in Zusammenarbeit zwischen dem BG-Unfallkrankenhaus Hamburg und dem Institut für Mikrosystemtechnik der TU Hamburg-Harburg entwickelt wurde, verletztes Rückenmarkgewebe zu adaptieren, die axonale Regeneration zu fördern und die lokomotorische und sensorische Funktionserholung zu verbessern.
Es konnte in diesem Projekt ein geeignetes Protokoll zur Implantation des mechanischen Mikrosystems (mMS) in das teilverletzte oder komplett durchtrennte Rückenmark der Ratte entwickelt werden. Durch die Entwickung des Operationssystems mit integrierter Druckmessung ist eine optimale Kontrolle des angelegten Unterdrucks zum Ansaugen der Rückenmarkstümpfe gegeben. Zwei Wochen nach Implantation des mMS bildet sich bereits eine Gewebebrücke im Lumen des mMS, die eine Vielzahl von Axonen enthält. Es wachsen sowohl absteigende (motorische) Fasern wie auch aufsteigende (sensorische) Axone in das Implantat ein. Die Implantation des mMS führt zu keinen erkennbaren negativen Auswirkungen auf das lokomotorische Verhalten der Ratte und die funktionelle motorische Erholung der implantierten Tiere scheint sogar schneller zu erfolgen und vermutlich auch weitreichender zu sein als bei den verletzten Kontrolltieren. Die Adaptation der Rückenmarkstümpfe durch Implantation des hochinnovativen mechanischen Mikrosystems ist auf Grund der bisher vorliegenden tierexperimentellen Befunde eine Erfolg versprechende Strategie auf dem Weg zu einer visionären kurativen Behandlung von Patienten mit traumatischer Querschnittlähmung. Das neuartige mikromechanische System bietet durch die integrierten Zuführungskanäle dazu noch die zusätzliche und einfache Möglichkeit der Kombination mit pharmakologischen Wirkstoffen. Für die Berufsgenossenschaften als Träger der Schwerpunktzentren für Verletzungen der Wirbelsäule und des Rückenmarks ist das Thema, insbesondere auch im Sinne der Linderung des Leidens betroffener Patienten mit allen geeigneten Mitteln, von besonderer Bedeutung.

Stand: