T2: Nanofunktionalisierung von Cochlea-Implantaten

Hintergrund
Cochleaimplantate werden eingesetzt, um Patienten mit schwerer Innenohrschädigung das Hören wieder zu ermöglichen. Durch ein entsprechendes Hörtraining gelingt es den die Patienten in der Regel wieder, ein gutes Sprachverständnis zu erwerben. Der „Klang“ der Implantate ist jedoch sehr bescheiden. Der Grund dafür ist, dass die Anzahl der effektiv nutzbaren Stimulationskanäle begrenzt ist. Dies liegt zum einen an der fehlenden direkten Anbindung der Elektrodenkontakte an die Spiralganglienzellen des Hörnerven, zum anderen an der Überwucherung der Elektrode mit Bindegewebe (Fibroblasten). Eine grundlegende Erforschung und Beherrschung der Vorgänge an der Elektrode-Gewebe-Schnittstelle ist eine Grundvoraussetzung für die Erhöhung der Anzahl effektiv nutzbarer Stimulationskontakte. Im verwandten Teilprojekt D2 werden verschiedene Methoden untersucht, die Oberfläche so zu funktionalisieren, dass sie das Wachstum von Bindegewebe hemmt und das Wachstum von Nervenzellen fördert. Neben der (bio)chemischen und biologischen Funktionalisierung wird dort der Einfluss mikrostrukturierter Elektrodenoberflächen untersucht. Das Transferprojekt T2 konzentriert sich auf nanostrukturierte Oberflächen, die mit Hilfe von Ultrakurzpulslasern erzeugt werden. Durch Einbindung der Fa. Cochlear als Hersteller von Cochleaimplantaten soll ein Transfer der Erkenntnisse in die Anwendung erreicht werden.

Forschungsansatz
In Vorarbeiten konnte gezeigt werden, dass die Oberflächenbenetzbarkeit der Implantatmaterialien Platin und Silikon sowie die Fibroblastenadhäsion und –proliferation über eine Nanostrukturierung gesteuert werden können. Ferner ergibt sich durch die Erzeugung von Nanostrukturen zusätzlich eine deutliche Vergrößerung der Oberfläche der Elektrodenkontakte. Somit sollte sowohl durch die Reduktion des Fibroblastenwachstums als auch durch die Vergrößerung der Kontaktflächen eine signifikante Reduktion der Impedanz der Elektrodenkontakte erreicht werden. Dies lässt eine Verringerung des Energieverbrauchs der Implantate und damit eine längere Batterielebensdauer erwarten. Durch die geringere erforderliche elektrische Leistung sollte ferner die Überlagerung benachbarter Kanäle am Hörnerven verringert und damit die Anzahl effektiv übertragbarer Kanäle gesteigert werden können. Die Entwicklung der laserbasierten Prozesstechnik für die Nanostrukturierung der zylinderförmigen Elektroden stellt einen Schwerpunkt des T2-Projekts dar. Dabei sollen zunächst Nanostrukturen auf 3D-Modellelektrodenkörpern erzeugt werden, um in vivo die Wechselwirkung Elektrode-Gewebe grundlegend evaluieren zu können.
Im Verlauf des Projektes wird dann die Übertragung der Technik auf humane Elektroden erfolgen. Hierbei stellt die schneckenförmige Vorkrümmung der Elektrode eine besondere Herausforderung an die Steuerung und Durchführung der Nanostrukturierung dar.

Vision der Forschungsarbeiten ist eine langfristige und dauerhafte Reduktion des Bindegewebswachstums um den Elektrodenträger, um so eine Voraussetzung für eine selektivere elektrische Anregung der Nervenzellen des Hörnerven zu schaffen. Auf diese Weise soll ein natürlicheres Hören mit einem Cochleaimplantat ermöglicht werden.