Die Ultraschallschranke durchbrechen

Aus dem Arztarchiv

Als David Shorr 56 Jahre alt war, bemerkte der damalige Hypothekenberater in Columbus, OH, Veränderungen in seinem Gedächtnis und Denken. Drei Jahre später sucht er nach den richtigen Worten, um zu beschreiben, was passiert ist.

"Es kam nicht plötzlich, aber mit der Zeit wusste ich, dass etwas anders war. Ich war nicht mehr in der Lage, einige der Dinge zu tun, die ich vorher getan hatte", sagt Shorr und spricht langsam und vorsichtig. "Ich merkte, dass die Leute sahen, was mit mir los war. Als das so weiterging, spitzte sich die Sache zu. Bei mir wurde Alzheimer diagnostiziert."

Shorr und seine Frau Kim begaben sich zur Behandlung in das Wexner Medical Center der Ohio State University. Menschen, die an Alzheimer erkrankt sind, erhalten Medikamente, um einige der Symptome zu lindern, aber es gibt keine erwiesene Behandlung, die die Krankheit heilen oder ihr Fortschreiten verlangsamen kann. "Sie haben uns von Anfang an gefragt, ob wir an klinischen Studien interessiert sind", sagt Kim. In diesem Jahr haben sie eine Übereinstimmung gefunden. Aber die Behandlung, sagt Kim, klang sehr hart.

Die Forscher würden Shorrs Kopf rasieren und dann mit Ultraschallwellen versuchen, seine Blut-Hirn-Schranke zu öffnen - das ist ein Schild unter dem Schädel, das aus Blutgefäßen besteht und das Gehirn vor Keimen oder anderen Bedrohungen schützt, die im Blutkreislauf zirkulieren können. Die Blut-Hirn-Schranke hält das Gehirn meist gesund, indem sie Infektionen fernhält. Wenn sich jedoch eine Krankheit wie Alzheimer im Gehirn befindet, kann diese Schranke verhindern, dass hilfreiche Medikamente ins Gehirn gelangen.

Neue Einsatzmöglichkeiten für Ultraschall

Ultraschall zur Öffnung der Blut-Hirn-Schranke bei der Alzheimer-Krankheit ist das Neueste auf dem wachsenden Gebiet des fokussierten Ultraschalls. Die meisten Menschen denken bei Ultraschall an eine Möglichkeit, unscharfe Schwarz-Weiß-Bilder eines Fötus im Mutterleib zu machen. Doch beim fokussierten Ultraschall nutzen die Ärzte die Schallwellen, um eine Krankheit aktiv zu behandeln, anstatt nur passiv Bilder davon zu erzeugen. Es ist bereits eine von der FDA zugelassene Behandlung für essentiellen Tremor und außerhalb der Vereinigten Staaten eine zugelassene Behandlung für die Parkinson-Krankheit. Dies wird auch hierzulande noch geprüft.

Auch bei der Erforschung von Brustkrebs, Diabetes und Menschen mit Hirntumoren, der Lou-Gehrig-Krankheit (auch amyotrophe Lateralsklerose oder ALS genannt) und psychischen Erkrankungen wie schweren Depressionen macht die Technik von sich reden.

"Da der fokussierte Ultraschall eine so leistungsstarke Kombination von Eigenschaften aufweist - er ist ein völlig einzigartiges und minimalinvasives Werkzeug, das eine Vielzahl von Reaktionen im Körper auslösen kann - hat er ein enormes Potenzial für die Behandlung einer Vielzahl von medizinischen Problemen", sagt Dr. Richard Price, Forschungsdirektor am Zentrum für fokussierten Ultraschall der University of Virginia. "Es gibt wahrscheinlich viele Anwendungen für fokussierten Ultraschall, über die wir noch gar nicht nachgedacht haben.

Kim Shorr sagt, sie hoffe, dass die Ultraschalluntersuchung ihrem Mann helfen könne: "Wenn es ihm hilft, wäre das großartig. Und wenn nicht, dann wird es vielleicht eines Tages jemandem helfen. Wenn es jemandem helfen kann, würden wir uns freuen.

In der klinischen Studie, an der Shorr dieses Jahr teilnahm, wollten die Forscher einige Dinge testen: Erstens, ob es überhaupt möglich ist, die Blut-Hirn-Schranke zu öffnen. Zweitens, ob dies der Person nicht schaden würde. Und schließlich wollten sie herausfinden, ob sich die Schranke später wieder schließen würde. Das größte Risiko bei der Öffnung der Blut-Hirn-Schranke besteht darin, dass sie offen bleibt und die Patienten Infektionen erleiden, die ihr Leben bedrohen könnten. In klinischen Studien der Phase I wie dieser geht es nur darum, festzustellen, ob eine Behandlung sicher ist. Es wird nicht erwartet, dass sie eine Person heilt oder ihre Situation verbessert.

Shorr hat inzwischen drei Ultraschallsitzungen hinter sich, und seine Blut-Hirn-Schranke hat sich jeweils innerhalb weniger Stunden von selbst geschlossen. Das Gleiche gilt für Patienten am Sunnybrook Health Sciences Center in Toronto, wo Forscher als weltweit erste die Blut-Hirn-Schranke bei einem Alzheimer-Patienten geöffnet haben.

Wenn sich das Verfahren als sicher erweist, werden die Forscher zur nächsten Phase übergehen - um herauszufinden, ob sie Medikamente direkt in das Gehirn einbringen können, sobald die Blut-Hirn-Schranke geöffnet ist, und um zu sehen, ob dies zur Behandlung der Krankheit beiträgt. Die Behandlung könnte auch ohne zusätzliche Medikamente einige positive Auswirkungen haben. "Es könnte sein, dass allein die Öffnung der Blut-Hirn-Schranke es dem körpereigenen Immunsystem ermöglicht, ins Gehirn zu gelangen und einen Teil des Amyloids [Plaque, die sich im von Alzheimer betroffenen Gehirn ablagert] zu beseitigen", sagt Nir Lipsman, MD, PhD, Wissenschaftler am Sunnybrook Health Sciences Center.

In ersten Experimenten am Sunnybrook wurde festgestellt, dass die Ultraschalltechnik allein die Hirnplaque - Ablagerungen, die sich im Gehirn bilden und von denen angenommen wird, dass sie Gedächtnisprobleme verursachen - bei Mäusen reduziert. Forscher am Sunnybrook, an der Ohio State und an anderen Krankenhäusern untersuchen nun, ob dies auch bei Menschen der Fall sein wird.

Eine wackelige Hand beruhigen

Rich Powleys Hände begannen zu zittern, als er 57 Jahre alt war. Sein Arzt sagte ihm, dass er an essentiellem Tremor leide, einer neurologischen Störung, die jeden Teil des Körpers betreffen kann, aber häufig die Hände, insbesondere die dominante Hand, angreift. Sie tritt in der Regel im höheren Alter auf und kann sich im Laufe der Zeit verschlimmern. "Wenn ein Betroffener etwas greifen will, z. B. eine Kaffeetasse, wird der Tremor immer schlimmer, je mehr er sich auf das Greifen dieses Objekts konzentriert", sagt Price.

Powleys Arzt verschrieb ihm Medikamente gegen den Tremor, aber die Nebenwirkungen - Albträume, extreme Schläfrigkeit, Gewichtsverlust und ständiges Kältegefühl - waren schlimmer als der Tremor, sagt er. Im Laufe der 26 Jahre, die der Tremor andauerte, konnte Powley im Alter von 83 Jahren nicht mehr so malen, wie er es gewohnt war. Er musste den Pinsel mit beiden Händen halten. Er musste die Verwendung von Äxten, Sägen und Elektrowerkzeugen auf dem 2 Meilen langen Abschnitt des Appalachian Trail, den er in der Nähe seines Hauses in Free Union, VA, pflegt, aufgeben. Er konnte sich nicht mehr rasieren oder Zucker in seinen Kaffee tun. Er trug ein Lätzchen, wenn er aß. "Ich habe versucht, nicht depressiv zu werden", sagt er. "Ich habe versucht, die Art und Weise, wie ich Dinge tue, zu ändern. Aber ich musste mich in vielen Dingen auf meine Frau verlassen.

In diesem Jahr fragte Powleys Arzt am University of Virginia Health System, ob er den fokussierten Ultraschall gegen den Tremor in einer seiner Hände ausprobieren wolle. Bei diesem Verfahren suchen die Ärzte mithilfe der MRT nach den Nervenzellen im Gehirn, die das Zittern verursachen. Dann setzen sie dem Patienten einen individuell angepassten Helm auf, der Ultraschallwellen genau an die Stelle leitet, die das Problem verursacht. Die Ultraschallwellen erhitzen das winzige Stückchen schuldigen Hirngewebes und zerstören es. "Man unterbricht im Wesentlichen den fehlgeleiteten Schaltkreis und stellt die Fähigkeit des Patienten wieder her, seine Hand viel besser zu benutzen", sagt Price.

Bevor die Neurochirurgen mit der Behandlung von Powley begannen, musste er seinen Namen schreiben und eine Spirale auf Papier zeichnen. "Während ich im [MRT-]Gerät lag", sagt er, "rollten sie mich ab und zu heraus und gaben mir das Blatt Papier und den Stift, und ich sollte versuchen, wieder einen Kreis zu zeichnen. Daran konnten sie erkennen, wie gut sie es gemacht haben."

Zwei Stunden lang holten sie ihn immer wieder aus der Maschine heraus, um ihre Arbeit zu überprüfen, bis schließlich alle zufrieden waren. "Sie holten mich heraus, und ich machte den Test mit Bleistift und Papier noch einmal, und ich konnte wieder schreiben", sagt Powley, der jetzt wieder malen kann. "Ich kann mein Frühstück mit einem Löffel und ohne Lätzchen essen. Es ist wie ein normales Frühstück, und ich bin so glücklich."

Der Eingriff hat zwar den Tremor in Powleys rechter Hand beseitigt, aber nicht bei jedem Menschen hat er die gleiche Wirkung. Im Durchschnitt können die Betroffenen ihre Hände oder den Bereich, in dem das Zittern auftritt, zu etwa 50 % besser nutzen. Wie jedes andere medizinische Verfahren birgt auch diese Behandlung Risiken. Zu den möglichen Nebenwirkungen gehören Taubheit oder Kribbeln in den Fingern, Kopfschmerzen und Unruhe. Außerdem besteht die Möglichkeit, dass das Verfahren das Gehen erschwert oder dazu führt, dass die Person die Kontrolle über bestimmte Körperfunktionen verliert, wie z. B. das Sprechen oder Aufheben von Gegenständen.

Aufflackern einer Fackel

Fokussierte Ultraschallwellen können auch an anderen Stellen als dem Gehirn nützlich sein. Forscher an der Universität von Virginia setzen die Technologie ein, um zu versuchen, einen Angriff des Immunsystems gegen Krebs auszulösen. Krebszellen haben Eigenschaften, die es ihnen ermöglichen, das Immunsystem - das körpereigene Abwehrsystem - auszutricksen. Das System erkennt Grippe, Erkältungen und andere Infektionen als Bedrohung und greift sie an. Doch der Krebs schafft es oft, sich an ihnen vorbeizuschleichen.

Neue Immuntherapie-Medikamente können dem natürlichen Abwehrsystem des Körpers helfen, Krebs als Bedrohung zu erkennen. Diese Medikamente wirken bei Melanomen, Lungenkrebs und anderen Krebsarten. Aber manchmal, zum Beispiel bei Brustkrebs, reichen sie nicht aus, um das Immunsystem zu wecken. In Experimenten an der Universität von Virginia erhält eine Frau, die mit einer Immuntherapie gegen Brustkrebs beginnt, auch eine spezielle Ultraschallbehandlung. Die Ärzte verwenden Ultraschallwellen, um einige Krebszellen auf der Oberfläche des Brusttumors zu zerstören. Die Entzündung kann das Immunsystem alarmieren und einen Angriff auslösen. "Die Idee bei der Ultraschallbehandlung ist, dass der Hitzestress das Immunsystem dazu bringt, die Krebszellen zu erkennen und zu bekämpfen", sagt Price.

Es ist noch zu früh, um zu sagen, ob sich die Theorie bewahrheiten wird. Die Frauen, die an dieser Studie teilnehmen, haben Krebs im fortgeschrittenen Stadium und haben sich für die Teilnahme an der Studie entschieden, um zur Forschung beizutragen, die Frauen mit Brustkrebs in Zukunft helfen könnte. "Bislang", so Price, "sehen wir einige wirklich spannende Veränderungen im Verhalten des Tumors, nachdem er mit dem fokussierten Ultraschall getroffen wurde."

Die Forscher glauben nicht, dass sie alle Möglichkeiten des Ultraschalls ausgeschöpft haben. In anderen frühen Experimenten - noch nicht bei Menschen, aber mit guten Ergebnissen bei Mäusen - ist es Biomedizintechnikern von General Electric Global Research in Schenectady, New York, gelungen, den Blutzucker zu senken, indem sie Ultraschallwellen auf Nervenzellen in der Leber fokussierten, die bei der Regulierung des Blutzuckerspiegels helfen. Forscher der University of Minnesota konnten bei Mäusen durch gezielten Ultraschall in der Nähe der Milz Entzündungen reduzieren und Arthritis lindern. Wenn sich diese Technologie bei Menschen als sicher und wirksam erweist, könnte sie eines Tages eine nicht-invasive, nicht-medikamentöse Behandlung für Krankheiten wie Diabetes und Arthritis darstellen. "Wir setzen den Ultraschall ein, um eine Freisetzung [chemischer Substanzen] im Körper zu bewirken, die eine arzneimittelähnliche Wirkung haben", sagt Dr. Christopher Puleo, ein an dem Experiment beteiligter Forscher bei General Electric.

Heute freuen sich die Shorrs, dass sie dazu beitragen können, die Grundlagen für etwas zu schaffen, das eines Tages tödliche Hirnerkrankungen heilen oder erheblich verbessern könnte. "Es sind viele Termine, Tests, Blutuntersuchungen, MRTs und PET-Scans", sagt Kim, "aber wir glauben, dass es das alles wert ist. Man kann nur jemandem helfen."

Klinische Studien, in Zahlen ausgedrückt

Bahnbrechende Behandlungen wie fokussierter Ultraschall sind nur möglich, weil sich Tausende von Freiwilligen - sowohl Kranke als auch Gesunde - für klinische Studien anmelden.

• 309,909: Anzahl der derzeit bei den National Institutes of Health registrierten klinischen Studien

• 50: Anzahl der US-Bundesstaaten, in denen derzeit klinische Studien durchgeführt werden

• 210: Anzahl der Länder, in denen zur Zeit klinische Prüfungen durchgeführt werden

• 25,875: Anzahl der laufenden klinischen Studien, in denen ein neues medizinisches Verfahren getestet wird - z. B. die fokussierte Ultraschallbehandlung

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