Ein Jahrzehnt SPARC und mehr als 350 Millionen US-Dollar Förderung: Von der neuronalen Kartierung zur präzisen Vagusnervmodulation

Einleitung

Herzschlag, die Beweglichkeit des Magen-Darm-Trakts und die Füllung der Harnblase werden durch das autonome Nervensystem reguliert. Durch die Beeinflussung der neuronalen Aktivität mittels elektrischer Stimulation hoffen Forschende, neue Behandlungen für Funktionsstörungen von Organen zu entwickeln. Eine präzise Ausrichtung der Stimulation auf krankheitsrelevante Nervenfasern und reproduzierbare Reaktionen der Organe erfordern jedoch Antworten auf mehrere konkrete Fragen. Wohin verlaufen die Nerven? Wie stark unterscheiden sie sich zwischen einzelnen Menschen? Welche Funktionen verändern sich nach der Stimulation, und wie lassen sich unerwünschte Wirkungen auf andere Strukturen frühzeitig erkennen?

Im Jahr 2026 veröffentlichten Bhavesh Patel und Kollegen eine Übersichtsarbeit in Bioelectronic Medicine , in der die wichtigsten Ergebnisse des SPARC-Programms (Stimulating Peripheral Activity to Relieve Conditions) der US-amerikanischen National Institutes of Health (NIH) zusammengefasst wurden. Das 2015 gestartete Programm vergab mehr als 350 Millionen US-Dollar an fast 100 Projekte, aus denen über 500 Veröffentlichungen hervorgingen.

Die Übersichtsarbeit beschreibt, wie neuronale Karten, technologische Werkzeuge und frei zugängliche Ressourcen gemeinsam eine präzise Neuromodulation unterstützen. Sie hebt außerdem die Herausforderungen hervor, die bei der Überführung grundlegender Forschung in klinische Anwendungen weiterhin bestehen.

Zentrale Herausforderungen der präzisen Neuromodulation

Der Vagusnerv verbindet das Gehirn mit mehreren inneren Organen und ist ein wichtiges Ziel der bioelektronischen Medizin. Ein einzelner Nerv enthält jedoch Fasern mit unterschiedlichen Verläufen und Funktionen. Daher kann eine Stimulation sowohl das Zielorgan als auch andere physiologische Prozesse beeinflussen. Elektrodenplatzierung, faszikuläre Organisation und Stimulationsparameter bestimmen gemeinsam, welche Fasern aktiviert werden.

Die in der Übersichtsarbeit zusammengefassten Speziesvergleiche identifizierten morphologische Unterschiede zwischen menschlichen, porzinen und Ratten-Vagusnerven, wobei die Variabilität bei menschlichen Proben größer war. Modellierungen zeigten außerdem, dass identische Parameter sowohl zwischen Individuen derselben Spezies als auch zwischen verschiedenen Spezies deutlich unterschiedliche neuronale Reaktionen hervorrufen können. Eine direkte Wiederverwendung oder lineare Skalierung von Stimulationsparametern aus Tierversuchen garantiert daher keine gleichwertige Aktivierung menschlicher Nervenfasern. Dies ist ein Grund dafür, dass SPARC anatomische Kartierung, funktionelle Aufzeichnungen und computergestützte Modellierung gemeinsam verfolgt hat. Das Verständnis der Nervenstruktur und der Reaktionen auf Stimulation kann fundiertere Entscheidungen über Elektroden und Parameter unterstützen.

Forschungsrahmen und phasenspezifische Ziele

Phase 1 von SPARC lief von 2015 bis 2021 und konzentrierte sich auf die anatomische und funktionelle Kartierung, die Entwicklung von Technologien, translationale Forschung und Dateninfrastrukturen. Frühe Kartierungsarbeiten umfassten vor allem Herz, Lunge, Magen, Dickdarm und Harnblase, bevor sie auf weitere Organe, große Tiermodelle und Krankheitsmodelle ausgeweitet wurden.

Phase 2 wurde 2022 gestartet und legte einen stärkeren Schwerpunkt auf den menschlichen Vagusnerv. Das Projekt Reconstructing Vagal Anatomy (REVA) nutzte die Präparation menschlicher Leichname und bildgebende Verfahren auf mehreren Maßstabsebenen, um den Verlauf des Nervs und seine Verzweigungspunkte zu charakterisieren. Dabei wurden unter anderem Nervendurchmesser, Anzahl der Faszikel und Dicke des Perineuriums verglichen.

Die VESPA-Studie (Vagus Nerve Stimulation Endpoints from Standardized Parameters) erfasst bei Patienten mit implantierten VNS-Geräten physiologische Messwerte mehrerer Organe als Reaktion auf standardisierte Stimulation. Solche Studien helfen dabei, Beziehungen zwischen Stimulationsparametern und physiologischen Reaktionen zu bestimmen. Die Übersichtsarbeit liefert jedoch keine einheitliche Stichprobengröße, kein gemeinsames Kontrolldesign und keinen einheitlichen Satz primärer Endpunktergebnisse zur Bewertung der Wirksamkeit über verschiedene Indikationen hinweg. Nach dem formalen Abschluss des Programms im Jahr 2025 wurden einige Aktivitäten durch kostenfreie Verlängerungen, Datenaustausch und verwandte Initiativen fortgeführt.

Fortschritte bei neuronaler Kartierung und Technologie

Ein Ergebnis von SPARC ist die Aufbereitung zuvor verstreut vorliegender Erkenntnisse über neuronale Verbindungen in durchsuchbaren Karten. Forschende können in einem dreidimensionalen anatomischen Ganzkörpermodell einen Nerv auswählen und die zugehörigen neuronalen Populationen sowie deren Verlauf untersuchen.

Abbildung 1. Dreidimensionale Ganzkörperanatomie und Karten der neuronalen Konnektivität. Das linke Feld zeigt den ausgewählten linken zweiten lumbalen Splanchnikusnerv in einem dreidimensionalen Ganzkörpermodell. Die rechten Felder zeigen die zugehörigen neuronalen Populationen, die bei weiblichen und männlichen Konnektivitätskarten durch diesen Nerv verlaufen. Durch die Verknüpfung räumlicher Anatomie mit Konnektivitätsinformationen unterstützt die Plattform anatomische Abfragen und die Entwicklung von Hypothesen.

Die technologische Entwicklung hat strukturelle Informationen außerdem in das Stimulationsdesign integriert. ASCENT (Automated Simulations to Characterize Electrical Nerve Thresholds) kombiniert probenspezifische Anatomie, Elektrodengeometrie und Stimulationsparameter, um die neuronale Aktivierung vorherzusagen. Dadurch können Forschende alternative Ansätze vergleichen, bevor sie Experimente durchführen. Modellvorhersagen müssen weiterhin anhand experimenteller Aufzeichnungen überprüft werden.

Ein weiterer Ansatz verbindet Stimulation mit physiologischem Feedback. Das OpenNerve-System verwendet ein modulares Design, das neuronale Stimulation und die Erfassung verschiedener biologischer Signale unterstützt. Eine Regelung im geschlossenen Kreislauf soll den Zustand eines Organs nutzen, um zu bestimmen, wann die Stimulation beginnen, enden oder angepasst werden soll, während mögliche unerwünschte Wirkungen auf andere Strukturen überwacht werden. Die Fähigkeiten des Systems und langfristige Vorteile bei bestimmten Erkrankungen müssen separat validiert werden.

Abbildung 2. System zur neuronalen Stimulation und Erfassung von Organsignalen. Die blauen Leitungen verbinden die Elektroden zur neuronalen Stimulation, während die roten Leitungen Signale aus inneren Organen erfassen. Der implantierbare Impulsgenerator kommuniziert über Bluetooth Low Energy mit einem externen Steuergerät, beispielsweise einem Smartphone. Durch die Verbindung von Stimulation und physiologischer Signalerfassung schafft das System eine technische Grundlage für eine Regelung im geschlossenen Kreislauf. Dies ist eine schematische Darstellung des Systems; klinische Vorteile müssen für jede Indikation separat nachgewiesen werden.

Frei zugängliche Ressourcen sind ein weiteres wichtiges Ergebnis des Programms. Im Februar 2026 hatte das SPARC Portal 414 Datensätze mit einem Gesamtumfang von mehr als 86 TB veröffentlicht, darunter 308 Forschungsdatensätze, 55 computergestützte Modelle und 51 anatomische Modelle. Diese Ressourcen decken 7 Spezies, 77 anatomische Strukturen und 26 experimentelle Ansätze ab. Sie ermöglichen es verschiedenen Teams, vorhandene Experimente und Modelle für Speziesvergleiche und die Bewertung von Stimulationsstrategien wiederzuverwenden.

Abbildung 3. Überblick über frei zugängliche Daten- und Modellressourcen. Das linke Feld fasst 414 veröffentlichte Datensätze mit einem Gesamtumfang von mehr als 86 TB zusammen, darunter 308 Forschungsdatensätze, 55 computergestützte Modelle und 51 anatomische Modelle. Sie decken 77 anatomische Strukturen, 7 Spezies und 26 experimentelle Ansätze ab. Diese Statistiken sind bis Februar 2026 aktuell. Das rechte Feld zeigt die geografische Verteilung der Besucher und die jährlichen Besucherzahlen mit Statistiken bis Dezember 2025.

Umfang und Grenzen translationaler Evidenz

Translationale Studien haben mehrere Machbarkeitsnachweise geliefert. In einer in der Übersichtsarbeit zitierten Studie an betäubten Katzen wurde beispielsweise eine aus den Hinterwurzelganglien aufgezeichnete sensorische Rückmeldung der Harnblase genutzt, um eine sakrale Nervenstimulation im geschlossenen Regelkreis auszulösen. Die Studie berichtete über eine verbesserte Blasenkapazität und eine Verringerung der Stimulationszeit um mehr als 50 % im Vergleich zur Stimulation im offenen Regelkreis. Diese Ergebnisse sprechen für weitere Untersuchungen feedbackgesteuerter Modulation. Es handelt sich jedoch um Tierdaten mit einem anderen Stimulationsziel als dem Vagusnerv. Sie können daher nicht als Beleg für die klinische Wirksamkeit einer VNS oder einer transkutanen aurikulären Vagusnervstimulation (taVNS) interpretiert werden.

Auf mechanistischer Ebene besteht der Beitrag von SPARC darin, neuronale Struktur, Aktivierung von Nervenfasern und Organreaktionen schrittweise miteinander zu verknüpfen. Anatomische Karten unterstützen die Lokalisierung, Modelle unterstützen Vorhersagen, und physiologische Aufzeichnungen prüfen, ob die Stimulation die beabsichtigte Reaktion hervorruft. Zusammen können diese Ansätze nachfolgende mechanistische Experimente und die Optimierung von Parametern unterstützen. Sie begründen jedoch keinen einzelnen therapeutischen Signalweg, der für alle Erkrankungen gilt.

Der Artikel ist keine systematische Wirksamkeitsübersicht und beschreibt weder eine standardisierte Literaturrecherche und Auswahl noch zusammengefasste Effektschätzungen. Die Beispiele umfassen verschiedene Spezies, Geräte und Forschungsphasen und können nicht zu einer Gesamtaussage über die Wirksamkeit zusammengeführt werden. Die Autoren legten Beziehungen zu Unternehmensbeschäftigung, Aktienbesitz und Patentlizenzierung offen. Die Aussichten dieser Technologien sollten daher zusammen mit unabhängiger Validierung, der Zuverlässigkeit von Sensoren und der langfristigen Stabilität implantierter Geräte bewertet werden.

ZenoWell: Aurikuläre taVNS in tragbare Wellnessgeräte übertragen

ZenoWell setzt die transkutane aurikuläre Vagusnervstimulation (taVNS) in einem ohrgetragenen Format für tägliche Wellnessroutinen ein. Die Geräte übertragen elektrische Stimulation über Kontakte am Außenohr und zielen auf Bereiche, die mit dem aurikulären Ast des Vagusnervs verbunden sind. Je nach Modell können Nutzer Modi für die Vorbereitung auf den Schlaf, Entspannung, Meditation und andere Routinen auswählen. Kompatible ZenoWell-Produkte unterstützen außerdem die Erfassung von Herzfrequenz und Herzfrequenzvariabilität (HRV), sodass Nutzer physiologische Trends im Zeitverlauf beobachten können. Veränderungen der HRV allein belegen jedoch weder eine direkte Aktivierung des Vagusnervs noch eine klinische Wirksamkeit. Die Produkte von ZenoWell sind unabhängig von der NIH-SPARC-Initiative, und Ergebnisse aus grundlegender neuronaler Kartierung und computergestützter Modellierung sollten nicht als Validierung eines bestimmten Verbrauchergeräts interpretiert werden. Kontrollierte, produktspezifische Studien bleiben wichtig, um Wirksamkeit und Sicherheit zu belegen.

Prioritäten für die weitere Validierung

Zukünftige Arbeiten könnten die anatomische Variabilität des Menschen mit standardisierten physiologischen Aufzeichnungen verbinden, um zu prüfen, ob Modelle individuelle Reaktionen auf Stimulation vorhersagen können und ob die Auswahl von Parametern in unabhängigen Kohorten reproduzierbar ist. Systeme mit geschlossenem Regelkreis benötigen außerdem realitätsnahe Untersuchungen zur Stabilität der Signalerfassung, zu Fehlauslösungen und zu unerwünschten Wirkungen auf andere Strukturen. Anschließend sind angemessen kontrollierte Studien am Menschen erforderlich, um anhaltende Verbesserungen von Symptomen, Funktion und Lebensqualität nachzuweisen und gleichzeitig langfristige unerwünschte Ereignisse sowie Anforderungen an Wartung und Instandhaltung der Geräte zu dokumentieren. Darüber hinaus sollten frei zugängliche Daten und Modelle eindeutige Versionsverläufe, Versuchsbedingungen und Angaben zur Herkunft enthalten, damit verschiedene Teams Ergebnisse überprüfen und schrittweise bestimmen können, welche Technologien sich für den klinischen Einsatz und für welche Patienten eignen.

Referenz

Patel B, Pikov V, Damaser MS, et al. Accelerating the development of bioelectronic medicine: outcomes and innovations from the NIH SPARC initiative. Bioelectronic Medicine. 2026;12:20.

DOI: https://doi.org/10.1186/s42234-026-00213-z.

Ressource: SPARC Portal (https://sparc.science)