Neue kleine implantierte Pumpen können Medikamente direkt in das Gehirn injizieren

Wissenschaftler am Massachusetts Institute of Technology haben einen radikal neuen Weg entwickelt, um neurodegenerative Erkrankungen wie Parkinson zu behandeln, und das klingt ziemlich verrückt nach Science Fiction. Ihr Verfahren beinhaltet das Implantieren einer dünnen Sonde, die mit einer winzigen Pumpe verbunden ist, in das Gehirn eines Patienten, die genau abgemessene und zielgerichtete Arzneimittel an bestimmte Gehirnbereiche liefert. Diese Gehirnimplantatpumpe ist zwar bei weitem noch nicht bei Menschen installiert, hat sich jedoch in einer ersten Studie an Labortieren, die Parkinson-ähnliche Symptome bei Laborratten und Affen behandeln, als vielversprechend erwiesen.

Die MIT-Forscher veröffentlichten ihre Ergebnisse am Mittwoch in einer Zeitschrift Wissenschaft Translational Medizin. Der Grundgedanke hinter ihrem Gerät, dem sogenannten "miniaturized neuronales Drug Delivery System" (MiNDS), ist, dass es bestimmte Cluster von Neuronen präzise behandeln kann, ohne Nebenwirkungen zu verursachen. Dies verbessert die bisherigen Methoden, mit denen Medikamente in die Liquor cerebrospinalis eingeführt werden, was auch zu Nebenwirkungen führen kann.

Gegenwärtig stehen Menschen, die mit neurodegenerativen Erkrankungen wie der Parkinson-Krankheit leben, scheinbar unmöglichen Alternativen gegenüber: Sie können entweder ihre Krankheit fortschreiten lassen, da sich Symptome wie Zittern und Gleichgewichtsstörungen verschlimmern, oder sie können Medikamente einnehmen, die unbeabsichtigte unerwünschte Wirkungen haben. Heutzutage ist eine der häufigsten Therapien für die Parkinson-Krankheit die Kombination der Medikamente Carbidopa und Levodopa (üblicherweise unter dem Markennamen Sinemet), die Symptome lindern kann, aber auch einige langfristige Nebenwirkungen verursacht, die die freiwillige Muskelbewegung der Patienten beeinträchtigen.

Laut Autoren der Studie schreiben die Autoren der Studie vor, dass Gehirnimplantate hochspezifische Funktionsbereiche des Gehirns von nur einem Kubikmillimeter anvisieren können - etwa die Höhe und Länge eines Buchstabens des US-Pennys. Darüber hinaus können sie tatsächlich die Aktivität von Neuronen in dem behandelten Bereich messen, wodurch sie die Auswirkungen eines Medikaments überwachen und die Wirkstoffabgabe in Echtzeit verändern können.

Sie bestätigten ihr Konzept bei Rhesusaffen und Ratten, indem sie bei beiden Tieren zunächst einen Parkinson-Zustand auslösten, in dem Dopamin freisetzende Neuronen tot oder behindert sind. Anschließend behandelten sie den Zustand der Affen, indem sie künstliche Liquorflüssigkeit in das MiNDS-Gerät injizierten. Während der Experimente überwachten die Forscher die Gehirnaktivität der Tiere mit einer Wolframsonde im Gerät. Dies zeigte, dass das MiNDS-Implantat bestimmte Neuronen anregen und hemmen kann.

„Wir zeigen hier, dass MiNDS die lokale neuronale Aktivität und das damit verbundene Verhalten in Tiermodellen chemisch modulieren kann, während gleichzeitig die Aktivität des neuronalen Elektroenzephalogramms (EEG) aufgezeichnet wird“, schreiben die Autoren der Zeitung.

Die Vorstellung, dass eine Person ein Gehirnimplantat bekommen könnte, anstatt für den Rest ihres Lebens dreimal täglich Pillen zu nehmen, klingt großartig, aber dieses radikale Behandlungsprotokoll wirft auch einige wichtige Fragen auf. Das Offensichtlichste ist, dass das Implantieren einer Vorrichtung zur Abgabe von Medikamenten mit tiefem Gehirn invasiv ist. Dies ist keine einfache Prozedur wie das Tätowieren oder Piercing. Das vorgeschlagene Gerät dringt tief in das Hirngewebe ein, was die Besorgnis über Komplikationen aufwirft, die sich aus einer so komplexen Angelegenheit wie einer Gerätefehlfunktion oder einer einfachen Kopfschmerzen ergeben können.

Wenn Sie einen Fremdkörper in Hirngewebe einführen, kann das umgebende Gewebe entzündet werden und möglicherweise absterben. Die Forscher umgingen dieses Problem, indem sie Edelstahl und Borosilikat (Glas) als Hauptmaterial für die Sonde verwendeten, das nach eigenen Angaben nach achtwöchiger Implantation das umgebende Gewebe bei den Versuchstieren minimal schädigt.

Am wichtigsten ist jedoch, dass chemisch induzierte Parkinson-ähnliche Symptome bei Mäusen und Affen sich deutlich von denen der tatsächlichen Parkinson-Krankheit bei Menschen unterscheiden. Bevor das MiNDS-Gerät für Menschen in der Nähe sein könnte, müssen die Forscher seine Wirksamkeit gegen die Parkinson-Krankheit demonstrieren.

Im Moment ist dies jedoch eine faszinierende Entwicklung auf dem schnell wachsenden Gebiet der Gehirnmedizin.

Abstrakt: Die jüngsten Fortschritte bei Medikamenten gegen neurodegenerative Erkrankungen erweitern die Möglichkeiten zur Verbesserung der schwächenden Symptome der Patienten. Bestehende pharmakologische Behandlungen hängen jedoch häufig von der systemischen Medikamentenverabreichung ab, was zu einer breiten Medikamentenverteilung und folglich zu einem erhöhten Risiko für die Toxizität führt. In Anbetracht der Tatsache, dass viele wichtige neuronale Schaltkreise ein Volumen unterhalb des Kubikmillimeters und zellspezifische Eigenschaften aufweisen, ist die Verabreichung von Medikamenten mit geringem Volumen in die betroffenen Gehirnbereiche mit minimaler Diffusion und Leckage unerlässlich. Wir berichten über die Entwicklung eines implantierbaren, fernsteuerbaren, miniaturisierten neuralen Medikamentenabgabesystems, das eine dynamische Anpassung der Therapie mit präziser räumlicher Genauigkeit ermöglicht. Wir zeigen, dass dieses Gerät die lokale neuronale Aktivität in Tiermodellen mit kleinen (Nagetieren) und großen (nichtmenschlichen Primaten) chemisch modulieren kann, während gleichzeitig die Aufzeichnung der neuronalen Aktivität ermöglicht wird, um eine Rückkopplungssteuerung zu ermöglichen.