Cochlea-Implantate als in vivo Sensoren (CIAS) – Elektrochemische Überwachung der intracochleären Mikroumgebung und Elektrodenstabilität

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Nicole Roßkothen-Kuhl, Ph.D.; Dr.-Ing. Andreas Weltin
• Fachliche Zuordnung: Hals-Nasen-Ohrenheilkunde, Phoniatrie und Audiologie ; Biomedizinische Systemtechnik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 539251872

Motivation. Das Cochlea-Implantat (CI) ist bis heute die erfolgreichste Neuroprothese mit mehr als 1 Mio. implantierten Patienten weltweit. Die Hauptfunktion des CIs besteht in der elektrischen Stimulation des Hörnervs schwerhöriger oder ertaubter Patienten mittels Platinelektroden in der Cochlea. Neben der Funktion als Stimulator des auditorischen Systems können CIs auch zur Messung von Impedanzen sowie Antworten des Hörnervs dienen. Bis heute ist es jedoch nicht möglich, darüber Veränderungen in der biochemischen Mikroumgebung des Implantats zu überwachen, obwohl bekannt ist, dass infolge der CI-Insertion Fremdkörperreaktionen in der Cochlea induziert werden können. Ziel. Wir wollen klinikübliche CI-Elektroden mittels neuartiger elektrochemischer Messmethoden um die Funktion eines permanenten in vivo Sensors erweitern und somit Mikroumgebung und Elektrodenzustand des Implantats dauerhaft überwachen. Dabei wird in Langzeitexperimenten an CI-versorgten Ratten die intracochleäre Mikroumgebung vom Zeitpunkt der Implantation, über den Startpunkt der Stimulation, bis hin zur Langzeitimplantation überwacht und mit der Implantatfunktion und der Hörwahrnehmung korreliert. Zudem wollen wir die Stabilität und Degradation der CI-Elektroden charakterisieren. Dazu gehört neben der Entwicklung optimaler Sensorprotokolle auch ein stabiles Referenzelektrodenkonzept mittels Verwendung der CI-Elektroden selbst, um eine langfristige Translation in die Klinik zu ermöglichen. Unsere Expertise. Um diese Ziele zu erreichen, bilden wir ein interdisziplinäres Forschungsteam aus Neurobiologen, Ingenieuren und Medizinern. In Vorbereitung auf dieses Projekt konnten wir in akuten Tierversuchen erstmalig die Verwendung von Standard CI-Elektroden als chemische in vivo Sensoren nachweisen und damit intracochleäre Sauerstoffänderungen überwachen. Unser einzigartiger Ansatz. Darauf aufbauend kombinieren wir in diesem Projekt innovative Techniken wie neuartige elektrochemische Messmethoden, ein Tiermodell zur Untersuchung der Auswirkung akuter und chronischer CI-Stimulation auf das auditorische System, Taubheitsmodelle sowie ein einzigartiges Verhaltenssetup zur Untersuchung der Hörwahrnehmung von CI-Ratten, um unsere Projektziele zu realisieren: Überwachung der intracochleären Mikroumgebung, Bewertung der Elektrodenstabilität und deren Korrelation mit der Implantatfunktion und der auditorischen Wahrnehmung. Vision. Unsere langfristige Vision ist ein optimaler Implantationsprozess und die dauerhafte Überwachung des CI-Elektrodenzustands sowie die frühzeitige Detektion von pathologischen Prozessen bei menschlichen Patienten, um die Sicherheit und Funktionalität von CIs und damit die Lebensqualität ihrer Träger zu verbessern. Die Überwachung des Gesundheitszustands durch Neuroprothesen der nächsten Generation wird die Belastung für Patienten, z.B. durch bildgebende Verfahren, verringern, insbesondere für Kinder.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen