Preparation of a bioactive cochlea implant electrode by electrophoretic deposition of DNA-functionalized nanoparticles

• Applicants: Professor Dr. Matthias Epple; Dr. Stefan Hansen
• Subject Area: Otolaryngology, Phoniatrics and Audiology
• Term: from 2016 to 2020
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 328855289

• Final Report Year: 2021

Final Report Abstract

Eine lokale Stimulation von Innenohrzellen in der Umgebung der Elektroden von Innenohrimplantaten (Cochlea-Implantate) sollte durch eine lokale Transfektion mithilfe von Calciumphosphat-Nanopartikeln erreicht werden. Diese wurden als dünne Schicht auf die Elektrodenoberfläche aufgebracht. Calciumphosphat-Nanopartikel wurden in mehrschaliger Form hergestellt und mit DNA beladen. Nach der Aufnahme in Zellen erfolgt eine lokale Transfektion, d.h. die Expression des durch die DNA codierten Proteins. Die Aufnahme und Transfektion der DNA beladenen Nanopartikel durch Modellzelllinien (HeLa und 3T3) sowie durch primäre Spiralganglienzellen der Ratte konnte gezeigt werden. Ebenso wurde die Expression des neuronenstimulierenden Proteins BDNF gezeigt. Diese führte zu einem gesteigerten Axonwachstum aus primärern Spiralganglienexplantaten der Ratte. Eine Beschichtung der Elektroden gelang sowohl durch elektrophoretische Abscheidung (electrophoretic deposition; EPD) als auch durch layer-by-layer (LbL)-Beschichtung mit Polyelektrolyten. Eine lokale Transfektion von diesen Oberflächen war erfolgreich. Impedanzspektroskopische Messungen zeigten, dass die aufgebrachten Schichten den elektrischen Kontakt zwischen der Elektrode und ihrer Umgebung nicht negativ beeinflussten.

Publications

• Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Biomaterialien, Braunschweig, 08.-11.11.2018, "A genetically active coating of cochlear implant electrodes with calcium phosphate nanoparticles"
  K. Wey, R. Weller, S. Lang, S. Brandau, S. Hansen, M. Epple
  
• "Bioactive cochlear implant electrodes with functionalised calcium phosphate nanoparticles", Laryngo-Rhino-Otol. 98 (2019) S133
  L. Holtmann, K. Wey, R. Schirrmann, S. Brandau, M. Epple, S. Lang, S. Hansen
  
• "Transfection of DNA into cochlear cells by functionalized calcium phosphate nanoparticles", Laryngo-Rhino-Otol. 98 (2019) S326
  R. Schirrmann, K. Wey, M. Epple, S. Brandau, S. Lang, S. Hansen
  
• 30th Annual Conference of the European Society for Biomaterials (ESB), Dresden, 09.-13.09.2019, "Calcium phosphate nanoparticles as genetically active coating for cochlear implant electrodes"
  K. Wey, R. Weller, D. Diesing, S. Lang, S. Brandau, S. Hansen, M. Epple
  
• 90. Jahresversammlung der Deutschen Gesellschaft für HNO-Heilkunde, Kopf- und Hals-Chirurgie e.V., 29.05.-01.06.2019, Berlin, "Bioactive cochlear implant electrodes with functionalised calcium phosphate nanoparticles"
  L. Holtmann, K. Wey, R. Schirrmann, S. Brandau, M. Epple, S. Lang, S. Hansen
  
• 90. Jahresversammlung der Deutschen Gesellschaft für HNO-Heilkunde, Kopf- und Hals-Chirurgie e.V., 29.05.-01.06.2019, Berlin, "Transfection of DNA into cochlear cells by functionalized calcium phosphate nanoparticles"
  R. Schirrmann, K. Wey, M. Epple, S. Brandau, S. Lang, S. Hansen