Sensor spinalNET entschlüsselt Geheimnisse des Rückenmarks

Überprüfung des Rückenmarksensors im Labor (Foto: Jeff Fitlow/Rice University)

Houston (pte044/22.08.2024/13:30) - Über 100 Mal dünner als ein menschliches Haar ist ein von Forschern der Rice University ( https://www.rice.edu/ ) entwickelter implantierbarer Sensor namens spinalNET, der die elektrische Aktivität der Neuronen in der Wirbelsäule (spinale Neuronen) von Patienten aufzeichnet, die sich frei bewegen, soweit sie dazu mit Wirbelsäulenproblemen in der Lage sind. Der neue Sensor hat das Potenzial, künftig dazu beizutragen, die Komplexität der Verarbeitung von sensorischen und motorischen Funktionen durch Rückenmarksneuronen zu entschlüsseln. Das kann zu einer besseren Behandlung von Rückenmarkserkrankungen und -verletzungen führen. Die Forschungsergebnisse ( https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247 (24)00527-8?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS2211124724005278%3Fshowall%3Dtrue) sind kürzlich in den "Cell Reports" erschienen.

Neuronen stets in Bewegung

"Bis jetzt war das Rückenmark mehr oder weniger eine Blackbox", sagt Rice-Forscherin und Co-Autorin Lan Luan. "Das Problem ist, dass sich das Rückenmark bei normalen Aktivitäten ständig stark bewegt. Jedes Mal, wenn man den Kopf dreht oder sich bückt, bewegen sich auch die Neuronen der Wirbelsäule." Bei solchen Bewegungen stören oder beschädigen starre Sensoren, die in das Rückenmark implantiert werden, unweigerlich das empfindliche Gewebe. Unter anderem aufgrund seiner winzigen Dimension ist SpinalNET extrem weich und flexibel, fast so wie das Nervengewebe selbst.

"Diese Flexibilität verleiht ihm die Stabilität und Biokompatibilität, die wir benötigen, um die Neuronen der Wirbelsäule während der Bewegungen des Rückenmarks sicher aufzuzeichnen", so Co-Autor Chong Xie. "Mit spinalNET sind wir in der Lage, rauscharme Signale von Hunderten von Neuronen zu erhalten." Rauscharm bedeutet, dass die Signale nicht durch Fremdeinwirkungen gestört werden.

Komplexer spinaler Schaltkreis

Das Rückenmark spielt eine entscheidende Rolle für die Steuerung von Bewegungen und anderen lebenswichtigen Funktionen und die Möglichkeit, Neuronen der Wirbelsäule mit feiner räumlicher und zeitlicher Auflösung bei ungehinderter Bewegung aufzuzeichnen, bietet Einblicke in Mechanismen, die dies ermöglichen. "Einige von ihnen sind stark mit der Beinbewegung korreliert, aber überraschenderweise haben viele Neuronen keine offensichtliche Korrelation mit der Bewegung", erklärt der leitende Autor und Neuroingenieur Yu Wu. "Das deutet darauf hin, dass der spinale Schaltkreis, der die rhythmische Bewegung steuert, komplizierter ist, als wir dachten."

Die Wissenschaftler hoffen, mit Hilfe des Sensors einen Teil dieser Komplexität entschlüsseln zu können. Dafür wollen sie offene Fragen beantworten, wie etwa die nach dem Unterschied zwischen der Verarbeitung von Reflexbewegungen (etwa wegen eines Schreckerlebnisses) und willentlichen Handlungen durch spinale Neuronen.

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