Dissertation

Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

 

Alice Burghard

Einflussfaktoren auf proliferative Vorgänge nach Cochlea Implantation

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-103756

title (engl.)

Factors Influencing Proliferative Processes after Cochlear Implantation

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2013

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/burgharda_ws13.pdf

abstract (deutsch)

Gehörlosen oder stark schwerhörigen Patienten kann mit einem Cochlea Implantat wieder zu einem Höreindruck verholfen werden. Der Indikationsbereich beinhaltet heutzutage auch Patienten mit einem Resthörvermögen im Tieftonbereich. Diese Patientengruppe profitiert besonders von einer elektroakustischen Stimulation, bei der die hohen Frequenzen mittels eines Cochlea Implantats übermittelt und die tiefen Frequenzen akustisch übertragen werden.

Eine häufige Folge von Cochlea Implantationen ist die Bildung von Bindegewebe in der Cochlea. Dieses Bindegewebewachstum erhöht nicht nur die Impedanzen der Elektrodenkontakte, sondern beeinflusst auch die Hörfähigkeit der Patienten. Dabei wird sowohl die elektrische Stimulation als auch das akustische Resthörvermögen negativ beeinflusst. Die genauen Ursachen bzw. der Ursprungsort der Bindegewebebildung sind noch nicht vollständig geklärt, allerdings gibt es Hinweise darauf, dass neben dem Elektrodeninsertionstrauma auch die Insertionsstelle ein Einflussfaktor auf die Gewebebildung ist bzw. den Ausgangspunkt des Gewebewachstums in die Cochlea hinein darstellt.

Im Rahmen meiner Doktorarbeit habe ich sowohl Einflussfaktoren auf das Bindegewebewachstum nach einer Cochlea Implantation untersucht, als auch Möglichkeiten diese proliferativen Vorgänge zu reduzieren. Dabei konnte erstmals der Einfluss von Insertionsart (Rundfensterinsertion oder Cochleostomie) und Verschlusstechnik (kein Verschluss sowie die Verwendung von Muskelgewebe bzw. Durelon™ als Verschlussmaterial) systematisch im Tierversuch nachgewiesen werden. So stellte eine Insertion durch die Rundfenstermembran einen geringeren proliferativen Reiz dar als eine Insertion durch eine Cochleostomie, wenn kein Verschlussmaterial oder Muskelgewebe verwendet wurde. Zusätzlich wurden in diesen beiden Verschlussgruppen bei einer Insertion durch die Rundfenstermembran im Bereich des besten Hörens niedrigere Hörschwellen beobachtet als nach Insertion durch eine Cochleostomie. Bei einem Verschluss mit Durelon™ hingegen unterschieden sich die beiden Insertionsarten weder in Bezug auf das Gewebewachstum noch in Bezug auf die Hörschwellen, da in beiden Gruppen massives Knochenwachstum zu beobachten war. Bei den Verschlusstechniken unterschieden sich die Gruppen, bei denen kein Verschluss verwendet wurde, nicht von denen, deren Insertionsstelle mit Muskelgewebe verschlossen wurde. Im Vergleich zu diesen Gruppen zeigten die Gruppen mit Durelon™-Verschluss bei beiden Insertionsarten ein stark vermehrtes Knochenwachstum nach der Implantation. Aus diesem Grunde ist von der Verwendung von Durelon™ als Verschlussmaterial abzuraten. Dennoch ist für eine möglichst schnelle Wiederherstellung der Barriere zwischen Innen- und Mittelohr die Verwendung eines Verschlusses, wie z.B. Muskelgewebe, empfehlenswert.

Die in dieser Studie bis zu einer Frequenz von 16 kHz nachgewiesene Korrelation von Volumen neugebildeten Gewebes (insbesondere Knochen) und den gemessenen Hörschwellen unterstreicht den Einfluss der Gewebeneubildung auf das Resthörvermögen.

Eine Möglichkeit der Bindegewebereduktion auf dem Elektrodenträger sind lokal applizierte antiproliferative Substanzen. Zu diesem Zweck wurden metallische Nanopartikel aus Silber, Kupfer und Zink, für deren Ionen bereits eine antiproliferative Wirkung bekannt ist, in das Trägermaterial (Silikon) von Cochlea Implantat Elektroden eingebettet. In wässrigen Medien werden hieraus kontinuierlich Metallionen freigesetzt. Diese Nanopartikel-Silikon-Komposite wurden auf ihre Wirkung auf NIH/3T3-Fibroblasten unter in vitro-Bedingungen getestet. Eine effektive antiproliferative Wirkung konnte trotz steigender Nanopartikelkonzentrationen im Silikon (bis 1 bzw. 2 Gew%) nicht nachgewiesen werden. Da dies durch Mediumbestandteile bedingt gewesen sein könnte, kann eine antiproliferative Wirkung in vivo dennoch nicht ausgeschlossen werden.

 

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die erwartete antiproliferative Wirkung von metallischen Nanopartikel-Silikon-Kompositen im Rahmen dieser Studien nicht beobachtet werden konnte. Dafür konnte nachgewiesen werden, dass sowohl  Insertionsart als auch Verschlusstechnik einen Einfluss auf die Gewebebildung nach Cochlea Implantation haben und somit die Eintrittsstelle der Elektrode in die Cochlea eine maßgebliche Quelle des Gewebewachstums in die Cochlea darstellt.

abstract (englisch)

A cochlear implant (CI) can help to restore hearing and allows even open speech understanding in patients suffering from severe to profound hearing loss. Nowadays, even patients with residual hearing can benefit from a cochlear implant. These patients are often candidates for a combined electro-acoustic stimulation (EAS). With this approach higher frequencies are transmitted via a cochlear implant whereas lower frequencies are stimulated acoustically.

A common side effect of cochlear implantation is the formation of fibrous tissue in the cochlea. This tissue formation leads not only to an increase in impedance at the electrode contacts, but also has a negative impact on the hearing performance with both electric and acoustic stimulation. The exact mechanisms underlying these proliferative processes after cochlear implantation are not known, yet. Still, there are indications that the insertion site might be the origin of this tissue formation.

During the time of my Ph.D. thesis I investigated proliferative factors due to the insertion technique (insertion site and sealing material) as well as strategies to reduce fibrous tissue growth. One of my studies revealed for the first time a systematic influence of insertion site (round window approach vs. cochleostomy) and sealing technique (no seal, muscle seal or carboxylate cement seal). If no seal or a muscle graft was used as sealing material, insertion via a cochleostomy acts as a stronger proliferative trigger compared to insertion via the round window membrane. Additionally, for these sealing techniques the hearing thresholds at the frequencies of best hearing were lower in animals receiving their CI model via the round window membrane than via a cochleostomy. A sealing with Durelon™ (carboxylate cement) resulted in a massive new bone formation, which was higher than in all other sealing groups and did not differ with regard to the insertion site. Therefore, the use of Durelon™ as sealing material has to be avoided. Still, the use of a sealing is advisable to reestablish the barrier between inner and middle ear as fast as possible. Therefore the use of a tissue graft as seal is recommended. A correlation between the amount of tissue formation and hearing thresholds was found for frequencies up to 16 kHz. This finding emphasises the influence of tissue formation after cochlear implantation on residual hearing.

One possibility to reduce tissue formation around the electrode carrier is the local administration of antiproliferative substances. For this purpose, nanoparticle-silicone composites were developed as a possible electrode carrier material. This material releases metal ions and was tested for its antiproliferative effect in vitro. Therefore silver, copper or zinc nanoparticles were incorporated into silicone. The ions of these metals are known to have antiproliferative effects. Still, even with increasing nanoparticle concentrations (up to 1-2 wt%), no substantial antiproliferative effect could be detected under cell culture conditions. As this might be due to substances in the cell culture medium, an antiproliferative effect under in vivo conditions cannot be excluded.

In summary, an antiproliferative effect of metallic nanoparticle-silicone composites could not be detected in vitro. However, it could be shown that insertion site and sealing thereof have an influence on hearing thresholds and tissue formation after cochlear implantation. This leads to the conclusion that the insertion site and its sealing are an important factor for proliferative processes after cochlear implantation.

keywords

Cochlea Implantat, Bindegewebe, Nanopartikel, cochear implant, tissue formation, nanoparticles

kb

34.735