Ein ohne Operation tragbarer Hirnstimulator könnte Parkinsonsymptome zu Hause lindern
Studenten an der Johns Hopkins Universität enwickeln ein Gerät in Form eines Stirnbands zur Eigenbehandlung

veröffentlicht von der Johns Hopkins University auf www.newswise.com am 11. Juni 2015
übersetzt von Christian Mögel, www.mlp-online.de

Ein englischsprachiges Video ist hier verfügbar: https://youtu.be/i6Eik3CBXTM

Für Parkinson-Patienten mit Symptomen wie Tremor, Muskelsteifigkeit und Verlangsamung von Bewegungen ist es oft schwer, allein schon das Besteck beim Essen ruhig zu halten. Abhilfe schafft hier meist ein Klinikaufenthalt, um die richtige Medikamentendosis zu finden. Leider lässt die Wirkung der Medikamente mit der Zeit nach.

Um diesen Patienten das Leben etwas zu erleichtern haben Studenten der Johns Hopkins University ein Gerät in Form eines Stirnbands entwickelt, das ohne Operation hirnstimulierend wirkt und so die Symptome abmildert.
Der Prototyp des Geräts, das in einem jahrelangen Projekt der biomedizinischen Ingenieurswissenschaften entstand, wurde bisher noch nicht am Menschen getestet. Er wird aber als viel versprechender erster Schritt dahin gesehen, die Symptome von an Parkinson Erkrankten zu Hause oder unterwegs zu lindern ohne jedes Mal einen Arzt oder ein Krankenhaus aufsuchen zu müssen.
Das Design wurde bereits mehrfach ausgezeichnet: Am 9. Juni gewann es den mit $5.000,- dotierten zweiten Platz im VentureWell’s BMEidea national design contest for biomedical and bioengineering students, im Mai sogar den ersten im People’s Choice Award competition at Johns Hopkins’ Biomedical Engineering Design Day 2015. Davor war es in Finale der Rice University Business Plan Competition.
Die Idee hierfür entstand nachdem die fünf Mitglieder des Entwicklerteams einen neurochirurgischen Eingriff an einem Parkinson-Patienten im Johns Hopkins Hospital beobachten durften. Parkinson ist einer derzeit unheilbare Nervenkrankheit, von der in den USA etwa eine Million, weltweit ca. sieben Millionen Menschen betroffen sind.

Eine der wichtigsten Behandlungsmethoden von Patienten im fortgeschrittenen Stadium der Krankheit ist die tiefe Hirnstimulation. Während dieser Operation werden dünne Elektroden in die Bereiche des Gehirns eingebracht, die die Bewegungen steuern. Diese Elektroden werden an einen Impulsgeber angeschlossen, der in der Nähe des Schlüsselbeins unter der Haut eingesetzt wird. Er funktioniert ähnlich wie ein Herzschrittmacher: Durch elektrische Signale werden die Symptome kompensiert.

Shruti Raian, einer der Entwickler, meint „Wir haben beobachtet, dass die Operation 10 bis 15 Stunden dauern kann und sehr viele Bereiche der Umgebung des Zielorts in Mitleidenschaft gezogen werden. Außerdem ist sie sehr teuer und nicht für alle Patienten geeignet. Wir haben uns also gefragt, ob es keine Möglichkeit gibt, den gleichen Effekt auch ohne Operation zu erreichen.“
Sie wurden an Yousef Salimpur, der nach seinem Doktorat an der Johns Hopkins verblieben ist und sich mit einer nicht invasiven Behandlung der Parkinson-Symptome beschäftigt, der Transkranialen Strom-Direktstimulation. Dieses schmerzlose Verfahren beruht darauf, mit schwachen Stromimpulsen mittels zweier über der Kopfhaut befindlichen Elektroden die relevanten Bereiche des Gehirns stimulieren. Es ist in der Lage Nervenzellen anzuregen oder deren Aktivität zu verringern. Auch wenn sich dieses Verfahren noch im Versuchsstadium befindet hat es bereits große Aufmerksamkeit erregt, da es ohne operativen Eingriff auskommt, deutlich weniger Geld kostet, sicher und relativ einfach eingesetzt werden kann und keine Nebenwirkungen verursacht.

Die Studenten trafen Dr. Salimpour, um die Ergebnisse seiner Forschungen im klinischen Umfeld kennenzulernen. „Wir teilten ihm mit, dass wir eine tragbare Version seiner Gerätschaften für den Einsatz zu Hause planten, mit weiteren Sicherungen, um den korrekten Gebrauch auch ohne Arzt und Schwester zu gewährleisten.“ erinnert sich Rajan.
Ihr Ziel war es, einen Prototyp zu bauen, der batteriebetrieben funktioniert und vom Patienten mittels eines großen, einfach zu betätigenden Druckknopfs in Betrieb genommen werden kann. Das Wohlergehen des Patienten als oberstes Gebot entwickelten sie ein Gerät, das nicht mehr als 20 Minuten täglich mit einer vom Arzt eingestellten Stromstärke arbeitete.
Um das Design anwenderfreundlich zu gestalten trafen die Studenten über einen Zeitraum von vier Monaten eine ganze Reihe von Parkinson-Patienten. Auch wenn sie in die eigentliche Behandlung nicht involviert waren halfen ihnen die Patienten dabei, das für die Akzeptanz so wichtige Stirnband so zu entwerfen, dass es einfach auf- und abzunehmen, angenehm zu tragen ist und dabei dafür sorgt, dass die Elektroden stabil und sicher dort platziert bleiben, wo die Bewegungssteuerung im Gehirn sitzt.

„Um eine möglichst gute Passform zu erreichen haben wir an der Rückseite ein elastisches Band eingesetzt und den Patienten gesagt, sie sollen das Band wie eine Baseball-Kappe aufsetzen.“ erzählt der Mitentwickler Ian Graham. „Der Austausch mit den Patienten hat uns sehr geholfen. In unseren normalen Studienveranstaltungen ging es immer auf geradem Weg zur Lösung. Hier hatten wir ein echtes biomedizinisches Problem vor uns und es schien uns fast unüberwindbar. Andererseits schrieben uns einige Patienten Briefe, die uns zum Weitermachen aufforderten.“
Außer Rajan und Graham gehörten noch David Blumenstyk, Erin Reisfeld and Melody Tan zum Entwicklerteam.
Über die Unterstützung des Neuro-Ingenieurs Salimpour hinaus erhielt das Team auch wichtige Anleitungen von mehreren Forschern der Johns Hopkins wie z.B. dem Neurologen Zoltan Mari, dem Neurochirurgen William Anderson und dem Neuro-Wissenschaftler Reza Shadmer.

Dr. Salimpour erläutert: „Unsere Gruppe arbeitet daran, nicht-invasive Hirnstimulation zur Reduzierung von Parkinson-Symptomen als neue klinische Therapie zu etablieren. Unsere ersten Ergebnisse sind vielversprechend. Die Patienten fragen uns nach weiteren Behandlungen. Das dürfen wir leider nicht erfüllen, da es noch kein von der FDA zugelassenes tragbares Gerät wie das in der Johns Hopkins verwendete gibt. Die Studenten der technischen Biomedizin kamen mit der Idee eines solchen Geräts für den Gebrauch zu Hause auf uns zu. Sie brachten einen erstaunlichen Prototypen zustande . Wir hoffen, dass auf der Basis der Forschungsergebnisse bald die Patienten der Johns Hopkins sehr bald ein solches Gerät zu Hause benutzen werden können.“
Mit der Unterstützung des Johns Hopkins Zentrums für technologische Zusammenarbeit war es möglich, den Studenten vorläufige Patente zu erteilen, um ihre Arbeit, jetzt „STIMband“ genannt, zu schützen. Ein weiteres Studententeam steht bereit, im September das Projekt zu übernehmen und das Design so zu verbessern, dass es näher an die Marktreife gelangt. Eine mögliche Erweiterung wäre der Anschluss eines kabellosen Empfängers, so dass der Arzt aus seiner Praxis direkt die Einstellungen verändern kann.

Das STIMband-Projekt ist, wie viele andere, ein gutes Beispiel für die Möglichkeiten, die das Johns Hopkins Department of Biomedical Engineering, zusammen mit der medizinischen Fakultät der Whiting School of Engineering bereitstellt. Die Studenten arbeiten während der Projekte am Center for Bioengineering Innovation and Design.