Wenn Technik das Hören ermöglicht
Unsere Sinne sind unsere ständigen Begleiter im Alltag. Für die meisten Menschen ist das Hören eine Selbstverständlichkeit, egal, ob man sich in einem Gespräch befindet oder Musik hört. Aber was ist, wenn alles um einen herum still ist? Was, wenn der Lieblingssong oder die Stimme des Lieblingsmenschen nie wieder gehört werden kann?
Ein Cochlea-Implantat ermöglicht bei noch gesundem Hörnerv das Hören neu zu erlernen. So wird Menschen mit einer Höreinschränkung viel Lebensqualität geschenkt. Hierbei muss man bedenken, dass diese Implantate bereits bei Kindern im Alter von fünf Monaten eingesetzt werden können. Die Implantate halten gegenwärtig jedoch lediglich etwa 20 Jahre, so dass irgendwann das Problem der Reimplantation bevorsteht. Das bedeutet für die Patient*innen sowohl körperlichen als auch psychischen Stress. Das Risiko der Operation, die Gefahr, dass das Implantat nicht angenommen wird, oder dass beim Explantieren Schäden verursacht werden, sind dabei nur einige der möglichen Komplikationen.
Korrosion schädigt die Implantate
Neben den medizinischen Aspekten ist der Abbau von Platin durch elektrochemische Korrosion der Grund für die eingeschränkte Langlebigkeit dieser Implantate. Die einzelnen Elektroden, die für die Stimulation des Hörnervs verantwortlich sind, bestehen aus Platin und sind dauerhaft elektrischen Impulsen ausgesetzt. Auf diese Weise kommt es zu einer Degradation des Platins, was einerseits die Funktion beeinträchtigt und andererseits Entzündungsreaktionen durch Ablagerungen von Platin im Gewebe hervorrufen kann.
Mit genau diesem Problem beschäftigen sich die Forschenden am Institut für Werkstoffkunde (IW) der Leibniz Universität Hannover. Sie untersuchen die genauen Mechanismen dieser Platinkorrosion, die Faktoren, die sie verstärken, und wie sie in Zukunft verhindert werden kann.
Zusammen mit der Poliklinik für Hals-, Nasen- und Ohrenheilkunde der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH) arbeitet das IW im Teilprojekt A05 „Sensorische Cochlea-Elektrode“ des Sonderforschungsbereichs SIIRI an der Frage, wie Implantate in Zukunft so gestaltet werden können, dass sie möglichst langlebig sind. Mit dem Sonderforschungsbereich/Transregio 298 – „Sicherheitsintegrierte und infektionsreaktive Implantate“ (SIIRI) werden ingenieurwissenschaftliche Lösungen auf medizinische Herausforderungen übertragen, um langlebige, smarte Implantate zu entwickeln.
Sensorische Goldelektrode als Frühwarnsystem
Aktuell muss ein*e Patient*in mit Cochlea-Implantat regelmäßig ärztlich untersucht werden, zum Beispiel zur Anpassung der Stimulationsparameter. Dies kann erforderlich werden, wenn sich der subjektive Höreindruck mit dem Implantat verschlechtert. Die Einstellung ist nicht-invasiv und erfolgt mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie und einer speziell dafür entwickelten Software. Wenn ein*e Patient*in bestimmte Frequenzbereiche nicht mehr gut wahrnehmen kann, müssen die Parameter nachjustiert werden. Dies ist in der Regel ein Anzeichen dafür, dass sich die Elektrodenkontakte aufgrund von Korrosion abbauen oder Gewebe an den Stellen angewachsen ist.
Im Sonderforschungsbereichs SIIRI entwickelt die Arbeitsgruppe am IW eine Goldelektrode, die degradative Prozesse detektieren kann. Dabei soll eine der Platinelektroden zukünftig mit Gold beschichtet werden. Auf diese Goldschicht wird eine funktionale Beschichtung aufgebracht, die das Platin aus der Innenohrflüssigkeit, der Perilymphe, abfangen kann. Dabei lagert sich das Platin an die Oberfläche des Goldes an und kann über die chemische Funktionalisierung gebunden werden. Wird nun mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie von außen die Impedanz dieser Elektrodenkontakte gemessen, können die Forschenden des IW sehr schnell erkennen, ob korrosive Prozesse eingetreten sind. Ist dies der Fall, passen die HNO-Ärzt*innen die Stimulationsparameter entsprechend an, sodass die Funktionsfähigkeit der Implantate länger erhalten bleibt. Der große Vorteil hierbei ist, dass die störenden Prozesse frühzeitig erkannt werden und die Anpassung kontrollierter erfolgen kann.
Neben dem sich abbauenden Platin spielen auch Entzündungsreaktionen eine essenzielle Rolle für die Funktionsfähigkeit des Implantats und die Gesundheit der Patient*innen. Die Arbeitsgruppe am IW entwickelt gemeinsam mit Forschenden aus anderen Teilprojekten des SIIRI-Verbunds eine weitere Elektrodenbeschichtung, die mit spezifischen Antikörpern versehen ist. Diese wird in der Lage sein, die während des Entzündungsprozesses auftretenden Proteine abzufangen.
Prototyp für das Implantat der Zukunft
Während sich das IW bislang auf die Erforschung der Korrosionsmechanismen und Einflussfaktoren des Platinabbaus konzentrierte, liegt der Fokus in der aktuellen zweiten Förderperiode von SIIRI auf der Weiterentwicklung der sensorischen Goldelektrode und der Entwicklung eines funktionierenden und innovativen Cochlea-Implantat-Prototyps. Die Funktionsweise der Gold-Beschichtung hat das Team des Teilprojekts bereits erfolgreich nachgewiesen und publiziert. Zudem steht die Förderphase ganz im Zeichen des Transfers auf andere Implantatsysteme, sodass die interdisziplinäre Zusammenarbeit, die ein herausragendes Merkmal dieses Sonderforschungsbereichs ist, noch weiter intensiviert werden wird.
Für die dritte und letzte Förderperiode haben die Forschenden des Teilprojekts geplant, die Prototypen in Zusammenarbeit mit Herstellern von Cochlea-Implantaten weiterzuentwickeln und zu testen, um die Voraussetzungen für eine spätere Zulassung zu schaffen. Zusätzlich sollen die entwickelten Modelle auf andere Implantatsysteme, wie etwa Knie- oder Hüftimplantate, übertragen und geprüft werden. Die interdisziplinäre Forschung von Leibniz Universität und Medizinischer Hochschule bietet einzigartige Möglichkeiten, in Hannover das Implantat der Zukunft zu entwickeln, um die Lebensqualität der Menschen weiter zu verbessern.
