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Elektrozeutika: Fragen Sie Ihren Arzt oder Elektroniker

Fortsetzung des Artikels von Teil 1.

Entscheidende Wirkmechanismen

Der Erfolg bioelektronischer Therapien hängt nicht von der technologischen Lösung ab, sondern vom Wirkmechanismus der bioelektronischen Therapie. Hier ist allerdings noch Grundlagenforschung notwendig, die sich mit der Entschlüsselung der Sprache des Nervensystems beschäftigt, ein funktionelles Mapping von Aktivität und Funktion im gesunden und kranken Organismus betreibt und die Wirkmechanismen als Grundlage bioelektronischer Therapien entschlüsselt [2]. »Die Anstrengung ist vergleichbar mit der Entwicklung von Medikamenten, bei denen ich ja auch irgendwie erst wissen muss, über welchen Rezeptor an welcher Stelle im Organismus ein gewünschter Effekt erzielt wird«, sagt Stieglitz und erklärt »Medikamente wirken allerdings auf alle Rezeptoren im Körper, die Elektrozeutika können lokaler wirken, wenn sie organnah implantiert sind«.

Eine weitere Herausforderung – von technischer Seite – ist die Größe der organnahen Nerven, die im Durchmesser bis zu 100 Mikrometern betragen können. Darin sollten die einzelnen Nervenfasern (Durchmesser meist im Bereich von 1 Mikrometer und etwas größer) selektiv elektrisch erregt werden. Hinzu kommt, dass sich innere Organe wie der Darm aber auch die anderen durch physiologische Vorgänge bewegen. Technische Systeme nun klein zu machen und den Organen auch mechanisch anzupassen, damit die sie nicht durch Bewegung zerstören, sind für Stieglitz ebenfalls eine große Herausforderung. »Zudem ist der Körper eine raue Umgebung, in der elektronische Systeme zum Überleben sicher eingepackt werden müssen.«

Weiteres Problem: Für viele Bereiche des autonomen Nervensystems ist die genaue, detaillierte Anatomie noch unbekannt. Die Signalweiterleitung in Nervenbahnen ist räumlich extrem dicht gepackt, wobei verschiedenste Signale nebeneinander verlaufen, die exakte Anordnung ist individuell unterschiedlich. Das heißt, es müssen Mikroimplantate entwickelt werden, die räumlich hochspezifische Schnittstellen mit dem Nervensystem ermöglichen, ohne die Funktion der Nerven negativ zu beeinflussen. Im nächsten Schritt sollte dann erforscht werden, auf welchem Nerv welche Information für welchen physiologischen Vorgang verläuft. Auch die Langzeit-Nebenwirkungen sind noch unbekannt, wenn technische Systeme in natürliche Regelkreise eingreifen [2].

Auch wenn viele Fragen noch nicht vollständig beantwortet sind und vieles im Unbekannten zu liegen scheint, sind sich Forscher und Unternehmen einig: Die Elektrozeutika werden die Medizin revolutionieren. Ziel ist es, unregelmäßige oder veränderte Signale wie sie für viele Krankheiten charakteristisch sind, anzupassen. Auf diese Weise, so hoffen Forscher, könnte es bald möglich sein, chronische Krankheiten zu heilen oder ihre Symptome zu mildern [3]. Gegenüber herkömmlichen Implantaten haben die elektronischen Pillen den Vorteil, dass deren Einführung minimalinvasiv ist. Erzielt die Therapie nicht den erhofften Erfolg, kann das Mikroimplantat einfach wieder entfernt werden. Zurück bleibt nur ein kleiner Schnitt.

Stimulation des Vagusnervs

Seit Jahren arbeiten Wissenschaftler und Pharmakonzerne an Mikrogeräten, die Nervenimpulse beeinflussen. Die meisten Projekte befinden sich im experimentellen Stadium. Welches wirtschaftliche Potenzial trotz allem bereits heute in der bioelektronischen Medizin steckt, zeigt nicht zuletzt das Joint-Venture des britischen Pharmakonzerns GlaxoSmithKline (GSK) mit Verily, einer Tochtergesellschaft von der Google-Mutter Alphabet, aus dem Jahr 2016. Mehr als 644 Millionen Euro haben beide Konzerne in ihr neu gegründetes Unternehmen Galvani Bioelectronics investiert. Zulassungen für erste Produkte möchte Galvani im Jahr 2023 beantragen. Bis auf einige Eckdaten finden sich auf der Internetseite des Joint-Ventures aber nicht wirklich viele Informationen.

Deutlich weiter ist GSK an anderer Stelle. Der Pharmakonzern unterstützt auch die Arbeiten von SetPoint Medical. Das US-Unternehmen hat unter anderem ein Implantat entwickelt, das bei der Behandlung von Morbus Crohn, einer chronisch entzündlichen Darmerkrankung, zum Einsatz kommt. Das Gerät stimuliert über regelmäßige elektrische Impulse den Vagusnerv, der vom Gehirn aus durch den Körper zieht und die vegetativen Organe von Rachen, Brust und im oberen Bauchraum kontrolliert. Diesen Signalweg macht sich die sogenannte Vagusnerv-Stimulation schon seit mehr als 20 Jahren bei der Behandlung anderer Krankheiten zunutze. So hilft eine kleine Elektrode, die im Nacken mit dem Vagusnerv verbunden ist, beispielsweise Patienten, die an einer schweren Epilepsie leiden. Durch regelmäßig abgegebene Impulse werden die Anfälle unterdrückt [4].

»Die Forschung wird auf vielen Bereichen auch von Start-ups vorangetrieben«, erklärt Stieglitz. Er selbst ist Mitgründer von CorTec (Brain Machine Interfaces, Nervenschnittstellen für Elektrozeutika) und Neuroloop (Bluthochdrucktherapie). Dabei steigt die Zahl der Neugründungen weltweit. Große Spieler sind neben dem bereits erwähnten Galvani Bioelectronics, Neuralink von Tesla-Gründer Elon Musk, die Chan-Zuckerberg-Initiative von Facebook-Gründer Mark Zuckerberg sowie das Feinstein Institute in New York. Dort forscht der Neurochirurg Kevin Tracey schon seit den 80er Jahren an Stimulationstherapien. Gemeinsam mit seinem Team will er ein Gerät von der Größe einer Arzneikapsel entwickeln. Die elektronische Pille wird unter die Haut im Nacken eingepflanzt und mit dem Vagusnerv verbunden. Die dort abgegebenen Impulse pflanzen sich bis zur Milz im Oberbauch fort und sollen so das überaktive Immunsystem herunterregeln. Eine Batterie, welche das Implantat mit Energie versorgt, ist in einem Reif untergebracht, den der Patient um den Hals trägt. Über diese »Halskrause« werden zudem Messdaten drahtlos an eine eigens entwickelte iPad-App weitergeleitet, die den Einsatz des Gerätes überwacht [5]. In einer Studie teste Tracey das Gerät an 18 Patienten mit rheumatoider Arthritis, laut eigener Aussage erfolgreich.

Bisher scheint vor allem die Vagusnerv-Stimulation vielversprechend zu sein. So arbeitet unter anderem das amerikanische Unternehmen Electrocore Medical an Stimulatoren für Patienten mit Asthma oder Clusterkopfschmerzen. Typisch für die Form der Kopfschmerzen sind die sich über Wochen häufenden Attacken. Danach herrscht einige Zeit Ruhe, bis es wieder zu einer Serie von Kopfschmerzanfällen kommt. »Bei Clusterkopfschmerzen kommt es zu einer Störung des vaskulären und autonomen Gleichgewichtes«, sagt der Neurologe Hartmut Göbel von der Schmerzklinik Kiel. Deshalb schlagen bei vielen Patienten Medikamente nicht an. Für sie rücken seit kurzem die Möglichkeiten der peripheren Nervenstimulation als Behandlungsmöglichkeit in den Fokus, so der Mediziner [4].