Applikation asymmetrischer elektrischer Pulse zur Induktion gerichteten Neuritenwachstums
Otolaryngology, Phoniatrics and Audiology
Final Report Abstract
Elektrische Gleichfelder induzieren in mobilen Zellen, wie Fibroblasten und Osteoblasten, eine senkrechte Orientierung der Zellachse im Feld mit anschließender gerichteter Bewegung (Galvanotaxis). Im Unterschied zur galvanotaktischen Migration von Zellen bezeichnet Galvanotropismus ein asymmetrisches Wachstum von immobilen Zellen, deren Zellausläufern oder ganzen Zellverbänden im externen Gleichfeld. Die Nutzung asymmetrischer Pulsformen soll es ermöglichen, einerseits das für ein gerichtetes Neuritenwachstum notwendiges monopolare Stimulationssignal zu applizieren, und anderseits durch einen unterschwelligen Rückholpuls den Ladungsausgleich zu gewährleisten. Die zu überprüfende Hypothese dieses Antrages ist, dass ein monopolarer Pulsanteil als galvanotropistisches Signal ein gerichtetes Neuritenwachstum in vitro induziert, während der unterschwellige Rückholpuls den Ladungsausgleich gewährleistet. Das Projekt umfasste das Design und die Validierung einer mehrkanaligen Stimulationskammer und die Applikationen asymmetrischer elektrischer Pulse auf neuronale Zellen. Im ersten Teil des Projektes wurde eine Mehrkanal- Stimulationskammer aufgebaut, die die parallele Applikation verschiedener Pulsformen ermöglicht. Ein LabView-basiertes Programm zeichnete online die jeweiligen Stimulationsströme auf. Die Validierung der Mehrkanalkammer erfolgte mit Fibroblasten-Zelllinien, für die Feldapplikation auf neuronale Zellen wurden primär isolierte Zellen aus dem Innenohr ausgewählt. Es wurden organotypische Explantate und dissoziierte Spiralganglienzellen (beides aus dem Innenohr neonataler Ratten) in den Mikrokanäle für 30 Stunden stimuliert. Es gelang der Nachweis, dass monopolare und asymmetrische Pulsfeldapplikation auf primäre neuronale Zellen erfolgreich möglich ist. Insbesondere die Applikation monopularer Pulse führte zu einem kathodisch gerichteten Neuritenwachstum. Die Nutzung elektrischer Felder zum gezielten neuronalen Zellwachstum unmittelbar nach Implantation ist auf dem Gebiet der Entwicklung auditorischer Implantate neu und hat großes Potential, was intensiver zu erforschen einem anschließenden Projekt in enger Zusammenarbeit mit dem Bioprozess- und Analysenmesstechnik e.V. (iba, Heilbad Heiligenstadt) und dem Laserzentrum Hannover angestrebt wird.
