D2: Nerven-Elektroden-Interaktion

Hintergrund
Es gibt verschiedene Arten von hochgradiger Schwerhörigkeit bzw. Taubheit, die mit einem konventionellen Hörgerät nicht mehr behandelt werden können. Liegt die Ursache für die Taubheit im Innenohr (Verlust von Haarzellen), so lässt sich der Hörnerv durch ein Cochleaimplantat direkt elektrisch stimulieren. Mit diesem Innenohrersatz wird es dem Patienten wieder möglich, Sprache zu verstehen. Obwohl Patienten mit Cochleaimplantaten in ruhiger Umgebung ein gutes Sprachverständnis erreichen, bestehen erhebliche Einschränkungen bei Vorhandensein von Störgeräuschen sowie beim Musikhören. Der Grund hierfür liegt in der geringen Anzahl elektrisch getrennter Informationsübertragungskanäle. Durch die anatomisch bedingte fehlende direkte Verbindung zwischen den neuronalen Zielzellen und den Elektrodenkontakten erfolgt die Anregung der Nervenzellen über ein elektrisches Feld, dass sich von den Elektrodenkontakten räumlich ausbreitet. Je dichter die Elektrodenkontakte zueinander liegen, desto mehr kommt es zur Überlappung der Anregung durch benachbarte Elektroden. Ein weiterer Störfaktor ist die Bildung von Bindegewebe um die Elektrode. Dadurch erhöht sich der elektrische Widerstand und der Stromverbrauch des Implantats.

Forschungsansatz
Ziel des Projekts ist die Verbesserung der Schnittstelle Elektrode-Nerv. Hierzu werden verschiedene sich ergänzende Ansätze verfolgt.

Mikrostrukturierung und chemische Be­schichtung der Elektrodenoberfläche
Durch physikalische Mikrostrukturierung oder chemische Beschichtung soll eine Oberfäche geschaffen werden, die selektiv die Bildung von Bindegewebe hemmt und das Anwachsen von Nervenzellen fördert. Die Mikrostrukturierung wird mit Hilfe eines Femtosekundenlasers erzeugt. Dabei sorgen ultrakurze Lichtpulse für einen schonenden und präzisen Materialabtrag. Bei der chemischen Beschichtung wird zunächst eine Schicht aus Ankermolekülen auf die Elektrode aufgebracht. Daran lassen sich dann photochemisch verschiedene biologisch wirksame Polymere ankoppeln.

Konzept Biologische Elektrodenbeschichtung
Genetisch modifizierte Zellen produzieren neuroprotektive und –regenerative Faktoren (z.B. BDNF). Werden diese Zellen auf den Elektrodenträger aufgebracht, können sie dazu beitragen, wichtige Nervenverbindungen zu erhalten bzw. Nervenzellen zum Wachstum anzuregen.

Vision der Forschungsarbeiten ist die direkte Ankopplung von Nervenzellen an die Elektrodenoberflache, um so die Selektivität der Stimulation und die Anzahl der Informationskanäle zu erhöhen. Auf diese Weise würde dem Patienten neben einem weiter verbesserten Sprachverständnis auch ein echter Musikgenuss ermöglicht werden.