Nahtlose Cochlea-Implantate
Cochlea-Implantate ermöglichen gehörlosen Erwachsenen und Kindern ein neues Leben. Eine geringe Spezifität der neuronalen Stimulation führt zu einer suboptimalen Klangqualität und einem hohen elektrischen Energieverbrauch. Darüber hinaus stellt die Abhängigkeit von CI von wiederaufladbaren Batterien eine zusätzliche Herausforderung für ein vollständig implantierbares Gerät dar. Mit Unterstützung durch die EU arbeitete das Projekt NANOCI (Nanotechnology based cochlear implant with gapless interface to auditory neurons) an der Entwicklung einer nahtlosen Neuron- Elektroden-Schnittstelle für CI. In einem In-vitro-Aufbau wurden Antwortprofile von Mäusen und menschlichen Hörneuronen auf Multi-Elektroden-Arrays erzeugt. Durch die Modifizierung von Reizparametern an der nahtlosen Position in den Arrays erreichte man eine bis zu vierfache Reduktion des Energiebedarfs für eine Antwort. Das Screening biomimetischer Wachstumsfaktoranaloga zur Stimulation von Axon-Wachstum führte zu drei vielversprechenden Kandidaten. Besonders bemerkenswert war die Identifizierung einer Leitstruktur eines kleinen Peptidmimetikums für den Wachstumsfaktor BDNF (brain-derived neurotrophic factor), die zur Patentierung bereit steht. Die funktionalisierte Gel-Matrix von NANOCI mit Laminin-Epitopen wurde in vivo erfolgreich angewendet. Für die Beschichtung der Elektrodenanordnung wurden neue Nanopartikel mit antibakterieller Aktivität bei reduzierter Toxizität entwickelt. Andere leitende Hybridpolymer-Nanomaterial-Phasen wurden für funktionelle Modifikationen hergestellt, um die Elektrodenleitfähigkeit zu optimieren, die Impedanz zu reduzieren und die Neuron-Elektroden-Kopplung im Szenario der lückenlosen Schnittstelle zu verbessern. Eine für Tiere geeignete NANOCI-Elektrode wurde für erfolgreiche In-vivo-Mehrkomponententests produziert. Untersucht wurden auch Methoden, um den Wachstumsfaktor/Neurotrophin von der Elektrodenoberfläche abzugeben und zu visualisieren, sowie Dispenser-Technologien. Ein Elektroden-Location-Analysator am tierischen und menschlichen Innenohr wurde ebenfalls optimiert. Das In-vitro-Modell von NANOCI ermöglicht die detaillierte Untersuchung der Reaktionen der akustischen Neuronen. Die Forscher können nun optimale Simulationsmuster, geeignet für die Nahtlos-Schnittstelle, entwerfen. Darüber hinaus wurde ein Patent-fertiger optischer Feedback-Sensor entwickelt und an menschlichen Schläfenbeinen getestet, um die Insertionskräfte des Elektroden-Arrays zu beobachten und so das Insertionstrauma zu minimieren. Die Umsetzung eines Bruchteils der von NANOCI erreichten Senkung des Energieverbrauchs in ein klinisches Entwicklungsmodell könnte schließlich zu einem vollständig implantierbaren CI-Gerät führen. Hörverlust unsichtbar zu machen, würde Hörgeschädigte psychologisch enorm unterstützen. Darüber hinaus bietet die verbesserte Schnittstelle Möglichkeiten für eine Verbesserung von Klangqualität durch neue Kodierungsstrategien.
Schlüsselbegriffe
Cochlea-Implantat, Wachstumsfaktor BDNF, brain-derived neurotrophic factor, Laminin, lückenlose Schnittstelle, vollständig implantierbares Gerät