Bioelektronische Medizin

Eine Vielzahl schwerer chronischer Erkrankungen steht unter dem Einfluss des Nervensystems. Das Aktivieren oder Hemmen von peripheren Nerven kann eine Vielzahl von Körperfunktionen beeinflussen. Dieser Effekt kann zur therapeutischen Behandlung genutzt werden – insbesondere in Fällen, bei denen Pharmazeutika nicht zur Verfügung stehen oder nur unzureichende Erfolge haben.

Das Potential der Neurotechnologie

Die elektrische Stimulation von Nerven zur Behandlung von Erkrankungen bildet eine attraktive Möglichkeit, direkt mit neurophysiologischen Wirkungskreisen zu interagieren und komplexe Erkrankungen an ihrer Wurzel anzugehen. Auch vor dem Hintergrund, dass die Entwicklung neuer oder verbesserter Pharmazeutika in den letzten Jahren vielfach stagniert, gewinnt diese Option zunehmend an Bedeutung (https://www.microtec-suedwest.de/news-termine/newsuebersicht/item/1268-bioelektronische-medizin-eine-einfuehrung-in-eine-neue-disziplin).

Die Vorteile einer solchen „Bioelektronischen Medizin“ (Tracey 2014) sind vielfältig:

  • Die elektrische Beeinflussung der Nervenaktivität ist eine neue Behandlungsoption, die zusätzliche Wirkmechanismen zur medikamentösen Behandlung eröffnen kann.
  • Gezielt einzelne Nerven oder Nervenäste zu modulieren kann sehr spezifische Wirkungen entfalten und Nebenwirkungen, z.B. auf andere Körperteile, vermeiden.
  • Elektrische Signale können ihre Wirkung schnell und direkt am Zielort der Therapie entfalten, da sie den Verdauungstrakt umgehen.

Die bioelektronische Medizin könnte eine Reihe von bislang nur unzulänglich behandelbaren medizinischen Problemen adressieren wie z.B. chronische und akute entzündliche Erkrankungen (z.B. Reizdarm und Morbus Crohn, Rheumathoide Arthritis, Blutvergiftung, Lupus), Diabetes, Bluthochdruck, Lähmungen, Stress, Blutungen, Übergewicht und metabolisches Syndrom sowie möglicherweise sogar Krebs.

Stand der Forschung und Technik

In den letzten Jahren hat eine Vielzahl von Forschungsinitiativen begonnen, die Möglichkeiten bioelektronischer Therapien zu erforschen und systematisch zu entwickeln. Besonders aktiv auf diesem Gebiet sind unter anderem das Feinstein Institute in New York und Galvani Bioelectronics, ein Joint Venture des Pharmakonzerns GlaxoSmithKline und der Google-Tochter Verily.

Erste Forschungserfolge konnten in unterschiedlichen Bereichen bereits erzielt werden:

  • Blasen-Entleerung:

Eine elektrische Stimulation der Nerven, die den Blasen-Schließmuskel kontrollieren, soll Querschnittsgelähmten langfristig eine bessere Blasen-Entleerung bei einem geringeren Infektionsrisiko ermöglichen (Langdale et al., 2016).

  • Entzündungen:

Die Erforschung der neuronalen Kontrolle von Entzündungsreaktionen zielt darauf ab, chronische (z.B. inflammatory bowel disease) oder lebensbedrohliche (Sepsis) Entzündungen über die elektrische Stimulation der entsprechenden Nerven behandeln.

Erste Pilotstudien haben z.B. bereits gezeigt, dass durch Stimulation des Vagus Nervs Morbus Crohn behandelt werden kann (Kalcun et al., 2017).

  • Wiederherstellung der Bewegungsfähigkeit bei Lähmungen, z.B. nach Querschnittslähmung:

Es wird untersucht, ob elektrische Stimulation von peripheren motorischen Nerven die Bewegungsfähigkeit von Menschen mit Querschnittslähmung und anderen Lähmungserkrankungen wiederherstellen kann (Tigra et al., 2019).

  • Bluthochdruck:

Erhöhter Blutdruck kann durch Stimulation des Vagus Nerven gesenkt werden. Um die Stimulation bedarfsgerecht und automatisch zu steuern, können Nervensignale herangezogen werden, die Aufschluss über den aktuellen Blutdruck liefern (Secencu et al., 2018).

Lösungen auf Basis von CorTec-Technologie

Die °AirRay Cuff Elektroden von CorTec bestehen aus weichem und flexiblem Silikon. In unterschiedlichen Formen und mit variierbaren Schließmechanismen umschließen sie schonend den Nerv und sorgen gleichzeitig für eine gute elektrische Isolierung. Sie sind geeigneten Schnittstellen, um die Aktivität von Nerven kurz- und langfristig zu messen und durch elektrische Stimulation zu beeinflussen.

Die °AirRay Elektroden Technologie von CorTec ermöglicht es, Elektroden in individualisierten und miniaturisierten Formen herzustellen. Damit unterstützt CorTec sowohl die weltweite Pionierforschung wie auch bereits die Entwicklung erster Therapien mit speziell angepassten °AirRay Cuff Elektroden.

Weiterführende Links und Literatur

Fachliteratur 

Apical splenic nerve electrical stimulation discloses an anti-inflammatory pathway relying on adrenergic and nicotinic receptors in myeloid cells
Guyot, Mélanie et al.; Brain, Behaviour, and Immunity 8 (2019) 238-246

 

Implanted Nerve Electrical Stimulation allows to Selectively Restore Hand and Forearm Movements in Patients with a Complete Tetraplegia
Wafa Tigra, Christine Azevedo, Jacques Teissier, Anthony Gelis, Bertrand Coulet, Jean-Louis Divoux, David Guiraud (2019)

 

The revolutionary  future  of  bioelectronic  medicine.
Bioelectron. Med. 1:1; Tracey KJ. (2014)

 

Phasic activation of the external urethral sphincter increases voiding efficiency in the rat and the cat
Christopher L. Langdale, Warren M. Grill; Experimental Neurology 285 (Pt B) 2016 Nov, 173-181; Neurosurgery. 2017 Nov 1;81(5):N38-N40. doi: 10.1093/neuros/nyx451.

 

Vagal Nerve Stimulation for Inflammatory Bowel Disease.
Kolcun JPG1, Burks SS1, Wang MY1.

 

An Intraneural Electrode for Bioelectronic Medicines for Treatment of Hypertension.
Sevcencu C, Nielsen TN, Struijk JJ.; Neuromodulation. 2018 Feb 14. doi: 10.1111/ner.12758. [Epub ahead of print]

 

Exploring selective neural electrical stimulation for upper limb functions restoration
Tigra, David Guiraud, David Andreu, Bertrand Coulet, Anthony Gelis, Charles Fattal, Pawel Maciejasz, Chloé Picq, Olivier Rossel, Jacques Teissier, Christine Azevedo Coste; European Journalf of Translational Myology 2016 26(2), 161-164

 

Spatial and activity-dependent catecholamine release in rat adrenal medulla under native neuronal stimulation
Kyle Wolf, Georgy Zarkua, Shyue‐An Chan, Arun Sridhar, Corey Smith; Physiological Reports Vol. 4, Iss. 27 (2016 ), 1-13

 

Cytokine-specific Neurograms In the Sensory Nerve
Benjamin E. Steinberg, Harold A Silverman, Sergio Robbiati, Manoj K Gunasekaran, Téa Tsaava, Emily Battinelli, Andrew Stiegler, Chad E Bouton, Sangeeta S Chavan, Kevin J Tracey, Patricio T Huerta ; Bioelectronic Medicine 2016, 7-17