Modifikation der Oberfläche von Stimulationselektroden durch Elektrospinnen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr.-Ing. Birgit Glasmacher; Privatdozent Dr. Gerrit Paasche
• Fachliche Zuordnung: Biomaterialien
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 507870341

Cochlea Implantate (CI) werden zur Behandlung von Taubheit und hochgradiger Schwerhörigkeit eingesetzt. Als natürliche Reaktion auf die Implantation bildet sich kurz nach dem Einsetzen des Implantats Bindegewebe, welches das gesamte Implantat umschließt und elektrisch isoliert. Die Folgen sind eine unvorhersehbare Reizausbreitung und ein erhöhter Energieverbrauch. Im Zuge der Ertaubung sterben zudem Nervenzellen des Hörnervs (Spiralganglienneurone, SGN) ab, welche jedoch die Zielzellen der elektrischen Stimulation darstellen. Bisherige Ansätze zur Verbesserung der CI Elektrodenintegration zielen alle auf eine generelle Applikation entlang des Elektrodenträgers ab. Eine lokale Applikation im Bereich der Kontakte wäre nach derzeitigem Kenntnisstand zielführender.Das vorliegende Projekt zielt daher auf die lokale Modifikation der Oberfläche durch Zusammenführung der genannten Ansätze unter Verwendung des faserbasierten Verarbeitungsverfahrens Elektrospinnen ab. Durch gezielte faserbasierte Manipulation der Oberflächeneigenschaften soll (i) die Adhäsion von Bindegewebszellen reduziert werden, ohne die elektrischen Eigenschaften maßgeblich zu beeinträchtigen und (ii) eine Substanzabgabe (anti-inflammatorisch, neurotroph) von der Oberfläche der Kontakte ermöglicht werden. Im Zuge des Projekts werden hierzu medical grade Silikonelastomere mittels Elektrospinnen verarbeitet und auf Prüfkörpern sowie Implantaten abgelegt. Es folgt eine Charakterisierung des Einflusses der Faserstrukturen auf die elektrischen Eigenschaften von Elektrodenkontakten. Hierbei wird eine maximale Impedanzerhöhung durch Aufbringen der Fasern auf 5 kOhm angestrebt. Zur Erreichung dieses Ziels werden unterschiedliche Faserdurchmesser und Fasermattendicken generiert und charakterisiert. Weiterführend werden Techniken entwickelt, die eine Sättigung der hydrophoben Silikonfaserstrukturen mit Perilymphe ermöglichen. Ziel ist es, die Zwischenräume der Fasermatten als Reservoir für die von der Elektrode zu applizierenden Substanzen zu nutzen. Nach erfolgreichen in vitro Untersuchungen zur Freisetzung und Bioverträglichkeit an Prüfkörpern erfolgt abschließend die Übertragung auf reale Modellelektroden (Implantate). Neben der Entwicklung geeigneter Herstellungsstrategien, wird die Delaminationsstabilität der Fasermatten beim Einführen in die Cochlea untersucht. Nach Abschluss des Projektes stehen somit umfangreiche Kenntnisse sowie Techniken zur Verfügung, die eine (i) Strukturierung von Elektrodenoberflächen mittels Fasern erlauben (ii) die Funktionalisierung der Einzelfasern sowie des Faserkonstrukts mit Wirkstoffen ermöglichen und (iii) den Einfluss der genannten Maßnahmen auf die elektrischen Elektrodeneigenschaften sowie Bioverträglichkeit untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen