Teilprojekt T1 - Microstrukturierte
                         Cochlea-Implantat-Elektroden

Projektbeschreibung:

Cochlea-Implantate, bei denen ein Elektrodenträger in die Hörschnecke eingebracht wird, stellen heute das Standardverfahren in der Behandlung ertaubter Patienten dar. Die Signalübertragung von den Cochlea-Implantaten auf den Hörnerven wird durch Bindegewebsneubildung um den Elektrodenträger (Silikon und Platinkontakte) negativ beeinflusst. Mit Hilfe von laserbasierten Oberflächenstrukturierungen soll das Bindegewebswachstum auf den Elektrodenträgern reduziert werden, so dass eine Stimulation des Hörnerven mit verbesserter Selektivität und reduziertem Energieverbrauch möglich wird.

Cochlea-Implantate stellen derzeit den Goldstandard in der Behandlung ertaubter Erwachsener und taub geborener Kinder dar. Die Erfolge dieser klinischen Maßnahme sind unbestritten und haben zu einer erheblichen Verbesserung der Situation hochgradig hörbehinderter Menschen in den letzten Jahren geführt. Bei der überwiegenden Mehrzahl der Patienten kann ein offenes Sprachverstehen ohne Zuhilfenahme unterstützender Maßnahmen wie Lippenablesen, erreicht werden. Dennoch ist die interindividuelle Variabilität hinsichtlich der erzielten Ergebnisse der Cochlea-Implantat-Versorgung erheblich. Neben anderen Ursachen spielt insbesondere die lokale Gewebereaktion der Hörschnecke nach Einführung des Cochlea-Implantat-Elektrodenträgers eine wichtige Rolle. Aus früheren Untersuchungen ist bekannt, dass eine z. T. erhebliche Bindegewebsneubildung um den Elektrodenträger innerhalb der Hörschnecke nach Einführung des Elektrodenträgers ausgelöst wird [T1-3]. Diese Bindegewebsummantelung führt u.a. zu einer Erhöhung der Stimulationsschwellen [T1-4]. In einer klinischen Studie konnten die Antragsteller einen deutlichen Impedanzanstieg postoperativ messen, der unter intracochleärer Glukocortikoidgabe auf Dauer signifikant niedriger ausfiel [T1-5]. Die Reduktion der Bindegewebsneubildung bzw. deren vollständige Verhinderung an realen Elektrodenträgern stellt damit das vorrangige Ziel dieses Teilprojektes dar. In dem vorgelegten Projektantrag wird erstmalig ein systematischer Versuchsansatz gewählt, um die Bildung und die Reduktion des Bindegewebes um den Cochlea-Implant-Elektrodenträger systematisch zu untersuchen.

Ein wesentlicher Arbeitsschwerpunkt der ersten Förderperiode des SFB 599 lag für das Teilprojekt D2 in der Erarbeitung der Grundlagen der laserbasierten Oberflächenmodifikation von Cochlea-Implantat-Materialien hinsichtlich der Beeinflussung des Bindegewebswachstums. Die Vorarbeiten zeigen, dass eine Mikrostrukturierung der Oberfläche mit fs-Laser geeignet ist, das Fibroblastenwachstum auf Silikon, aber auch Platin zu reduzieren. Diese Materialien bilden die Hauptkomponenten der heute klinisch eingesetzten Elektroden. Um die physiologische Wirksamkeit und die erwartete Biokompatibilität testen und die begonnenen Arbeiten der Grundlagenforschung in die anwendungsbezogene Forschung überführen zu können, sollen ganze Elektroden unter Beachtung des etablierten Standards der Elektrodenherstellung laser-mikrostrukturiert und in in vivo Modellen (Tierversuche) eingesetzt werden. In einem ersten Schritt sollen die vielversprechendsten Strukturen aus den in vitro Versuchen auf reale CI-Elektroden mittels direkter Laserablation der Elektroden übertragen werden. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt ist unklar, ob die Orientierung der Mikrostrukturierung (Längs- oder Queranordnung) auf der Elektrode einen Einfluss auf die Einführeigenschaften der Elektrode (Trauma bei der Insertion) und das hieraus resultierende Bindegewebswachstum hat. Da dieser Aspekt erhebliche Auswirkungen auf das biologische Verhalten der Elektroden in der Cochlea haben kann, sind hierzu eingehende Untersuchungen der Insertionskräfte in Abhängigkeit von der Orientierung der Strukturen auf dem Elektrodenträger notwendig. Da der Einfluss der Richtung der Strukturen auf das Bindegewebswachstum nicht in Zellkulturexperimenten untersucht werden kann, sollen die Strukturen sowohl längs als auch quer in das Silikon eingebracht werden und im Tierversuch charakterisiert werden. Parallel dazu wird an der Einbindung der Strukturierung in den Fertigungsprozess gearbeitet. Aus diesem Grunde wird ein laserbasiertes Fertigungsverfahren zur Herstellung modifizierter Elektroden-Gussformen entwickelt, das die Silikonstrukturierung während des Herstellungsprozesses ermöglicht. In einem weiteren Schritt wird eine Methode erarbeitet, wie die ringförmigen Pt-Kontakte der Elektroden ebenfalls strukturiert werden können. Die hergestellten Elektroden-Prototypen werden anschließend im Tiermodell (Meerschweinchen und Katze) charakterisiert (Biokompatibilität und Funktionalität). Die jeweils „besten“ Strukturen werden dann kombiniert. Zusätzlich muss anschließend die Dichtigkeit der Cochleostomie in einem in vivo Modell (Katze) untersucht werden. Dies ist besonders für den Fall einer inkompletten Insertion der Elektrode mit im Bereich der Cochleostomie liegender Strukturierung (Reduktion des Bindegewebswachstums) von großer Bedeutung.

Ziel des beantragten Transferprojektes ist daher die Entwicklung neuer Techniken zur Fertigung von Cochlea-Implantaten mit mikrostrukturierter und auf ihre biologische Aktivität hin untersuchter Oberfläche. Angewendet wird eine femtosekundenlaserbasierte Bearbeitungstechnik zur Mikrostrukturierung von Spritzgussformen für die Herstellung von Cochlea-Implantaten. Diese Technik erlaubt somit einen Eingang in die industrielle Implantatfertigung. Perspektivisch sollen die am Beispiel der Cochlea-Implantat-Elektrode gewonnenen Erkenntnisse genutzt werden, um z.B. auch derzeit in klinischer Testung befindlichen Elektrodensystemen (Inferior colliculus Elektrode, AMI) eine verbesserte ortständige Integration in das umgebende Gewebe zu ermöglichen. Damit fließen die Ergebnisse aus dem Transferprojekt wieder in den SFB ein und ermöglichen sofort die Weiterführung der Grundlagenuntersuchungen.