AG Wissel
Biofunktionalisierung der Cochlea-Implantate zur Optimierung der Elektroden-Nerv-Interaktion
Links: Kokultivierung der mit NIH3T3/BDNF-Zellen funktionalisierten Silikon-Dummys mit Spiralganglienzellen. Induktion des Neuriten-wachstums durch den neurotrophen Faktor BDNF („brain derived neurotrophic factor“).
Rechts: Adhärierende und proliferierende NIH3T3/BDNF-Zellen auf Modellelektrode, mikroskopisch dargestellt mittels Fluoreszenz (GFP-Expression), 10x Vergr.
Der optimale Nutzen, der mit einem Cochlea Implantat erzielt werden kann, ist nicht nur abhängig von der Anzahl vitaler Spiralganglienzellen (SGZ) und deren elektrischer Erregbarkeit, sondern auch von der Effektivität der Elektroden-Nerv-Interaktion. Tierexperimentelle Studien zeigten, daß chronische elektrische Stimulation in Kombination mit externer Applikation von neurotrophen Faktoren die Überlebensfähigkeit der SGZ, den Zellkörpern des Hörnerven, nach Ototrauma steigert. Aufgrund der begrenzten Halbwertszeit der Wachstumsfaktoren im Serum und der eingeschränkten Zugänglichkeit in das Innenohr durch die Blut-Cochlea-Schranke stellt die externe Gabe pharmakologisch aktiver Substanzen in das Innenohr nach wie vor eine Herausforderung dar. Obwohl die bisher verwendeten Injektions- und Minipumpensysteme im Tierversuch erfolgreich waren, sind diese für langfristige Anwendungen in der Klinik wenig praktikabel. Ebenso müssen virale Vektoren, die gentherapeutisch eingesetzt werden, als potentiell infektiös und toxisch betrachtet werden. Im Rahmen des D2-Projekts wird ein neuartiges „drug delivery“-System entwickelt, das eine Langzeitapplikation pharmakologisch aktiver Substanzen in die Cochlea gewährleisten soll, die lokal zellspezifisch neuronale Prozesse der Regeneration unterstützt. Die Adhäsion genetisch modifizierter Zellen auf der Elektrodenoberfläche, die neurotrophe Faktoren konstitutiv exprimieren und an die Spiralganglienzellen abgeben, eine Zukunftsstrategie dar.
Dazu wurde ein in vitro-Modell mit einer Maus-Fibroblasten-Zelllinie etabliert, die mittels eines lentiviralen Expressionssystems ein Fluoreszenz-Reporterprotein („green fluorescent protein“ [GFP]) und einen neurotrophen Wachstumsfaktor exprimieren (hier: NIH3T3/BDNF-Zellen). Die Kopplung der Expression des Reporterproteins und des Wachtumsfaktors sichert die fluoreszenzmikroskopische Detektion und Untersuchung ausschließlich biologisch aktiver Fibroblasten. Die Immobilisierung genetisch modifizierter Zellen wird als „Biofunktionalisierung“ der Elektrodenoberfläche bezeichnet. In vitro wurden das Wachstumsverhalten der Fibroblasten auf den Modellelektroden aus Silikon, einem Standardpolymer für Implantate, sowie die Bioaktivität genetisch modifizierter Zellen auf eine Spiralganglienzell-Kultur untersucht. Im Tiermodell wurden die biologischen Effekte biofunktionalisierter Modellelektroden, die in ertaubte Meerschweinchen implantiert wurden, auf den Hörnerven und das umgebende Gewebe ermittelt. Anhand der Bestimmung der Dichte der Spiralganglienzellen in der Cochlea konnte eine höhere Überlebensrate des Hörnerven in implantierten Tieren nachgewiesen werden.
Kontakt: Dr. rer. nat. K. Wissel: Wissel.Kirsten@mh-hannover.de