Elektrophysiologische und histologische Untersuchungen zum protektiven Effekt von Glial cell line-derived neurotrophic factor, Brain-derived neurotrophic factor, Dexamethason und Elektrostimulation auf Spiralganglienzellen ertaubter Meerschweinchen

Hörminderung und Taubheit stellen in den industrialisierten Nationen eine der am weitesten verbreiteten Krankheiten dar. Die Behandlung taub geborener und ertaubter Patienten ist in den letzten Jahren durch die Einführung künstlicher elektronischer    Innenohrprothesen, so genannter Cochlea-Implantate (CI), revolutioniert worden. Inzwischen ist die CI-Versorgung die weitläufig anerkannte Routinebehandlung von Patienten mit vollständigem sensorineuralen Hörverlust. Allerdings gibt es nach wie vor große individuelle Unterschiede hinsichtlich des Erfolges, der mit einem CI erreicht wird. Eine Erklärung für diese Variabilität könnte in der Anzahl der für eine elektrische Stimulation zur Verfügung stehenden Spiralganglienzellen (SGZ) liegen. Da das CI die Funktion der geschädigten Haarzellen durch eine direkte elektrische Stimulation der SGZ übernimmt, ist der Erfolg eines CI’s auch von der Anzahl der für eine elektrische Stimulation zur Verfügung stehenden SGZ abhängig. Diese unterliegen nach Haarzellverlust einer Degeneration, welche mit der Dauer der Taubheitsphase fortschreitet. Neurotrophe Faktoren wie Glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF) und Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) sowie elektrische Stimulation bewirken, als Einzel- und Kombinationsstimuli direkt nach Ertaubung appliziert, eine Protektion der SGZ vor Degeneration. Unklar war vor der Durchführung dieser Arbeit, ob die Degeneration der SGZ auch bei verzögert einsetzender Therapie verlangsamt, oder gar gestoppt werden kann. Neben einer möglichst großen Anzahl vitaler SGZ ist für eine optimale Versorgung mit einem CI eine enge Nerven-Elektroden-Interaktion von Bedeutung. Diese kann durch eine Minimierung implantationsbezogener Bindegewebsneubildung im Bereich der  inserierten Elektrode verbessert werden. Dexamethason ist aufgrund seiner bekannten anti-inflammatorischen und anti-proliferativen Eigenschaften bei lokaler Applikation ins Innenohr potentiell geeignet, unerwünschte Bindegewebsbildungen im Bereich der implantierten CI-Elektoden zu minimieren und damit für eine verbesserte Nerven-Elektroden-Interaktion zu sorgen. Die Ziele der vorliegenden Arbeit waren die quantitative Bestimmung der SGZ-Überlebensraten sowie die Untersuchung der Funktionalität der Cochlea nach fortgeschrittener Taubheit. Zusätzlich sollte die Wirkung Dexamethasons auf die Gewebsreaktionen nach Elektrodeninsertion sowie auf den das SGZ-Überleben steigernden Effekt der elektrischen Stimulation untersucht werden. Folgende experimentelle Bedingungen wurden an 49 Meerschweinchen untersucht: -                Einzelstimuli: GDNF (100 ng/ml, n=6), BDNF (50 ng/ml, n=6), Dexamethason (100 ng/ml, n=6),                              monopolare (AP+ES(M), n=6) und bipolare (AP+ES(B), n=3) elektrische Stimulation (ES) -                Kombinationsstimuli: GDNF+ES(M, n=5), BDNF+ES(B, n=5), Dexamethason+ES(M, n=5) -                Kontrollgruppe: artifizielle Perilymphe (AP, n=7) Die Versuche wurden unter Anwendung nachfolgender Methoden und Konditionen durchgeführt: -         Elektrophysiologische Bestimmung der akustischen (AABR) und  elektrischen (EABR) Hörschwellen -         Mikrochirurgische systemische Ertaubung -         Implantation der Elektroden-Mikropumpensysteme -         Pumpenwechsel -         Materialgewinnung -         Histologische quantitative Bestimmung der Dichten der SGZ (Zahl der protektierten SGZ/ 10.000 µm2) Tag 0: Messung der akustischen Hörschwelle, Ertaubung; Tag 5: Messung der akustischen Hörschwelle; Tag 21: Messung der akustischen Hörschwelle, Implantation; Tag 24: Beginn der elektrischen Stimulation (stimulierte Tiere); Tag 28: Messung der elektrischen Hörschwelle, Justierung des Stimulators (stimulierte Tiere); Tag 34: Messung der elektrischen Hörschwelle, Justierung des Stimulators (stimulierte Tiere), Pumpenwechsel; Tag 41: Messung der elektrischen Hörschwelle, Justierung des Stimulators (stimulierte Tiere); Tag 48: Messung der elektrischen Hörschwelle (stimulierte Tiere), Materialgewinnung, Aufarbeitung der Cochleae, mikroskopische quantitative Bestimmung der Dichten überlebender SGZ.   Die Ergebnisse der Arbeit belegen ein verbessertes Überleben der SGZ nach 3 Wochen verzögerter Anwendung von GDNF (p < 0,01; 1,08 ± 0,76 SGZ/ 10.000 µm2) im Vergleich zu der Kontrollgruppe (-0,45 ± 0,61 SGZ/ 10.000 µm2). Die BDNF-Therapie führte gegenüber der Kontrollgruppe zu keiner signifikanten Erhöhung der SGZ-Überlebensrate (1,10 ± 2,93 SGZ/ 10.000 µm2). Der Vergleich der protektiven  Effekte der beiden Nervenwachstumsfaktoren zeigte keinen Unterschied. Die monopolare und die bipolare elektrische Stimulation führten, verzögert nach Ertaubung initiiert, zu einer gesteigerten Überlebensrate der SGZ (p < 0,05; AP+ES(M): 0,74 ± 0,72 SGZ/ 10.000 µm2, AP+ES(B): 1,19 ± 0,79 SGZ/ 10.000 µm2). Auch die elektrischen Hörschwellen der chronisch stimulierten Versuchsgruppen zeigten im Versuchsverlauf eine Verbesserung. Die Kombinationstherapie aus neurotrophen Faktoren und elektrischer Stimulation bewirkte, trotz der verzögerten Therapieeinleitung, einen zum Teil hoch signifikanten synergistischen, die SGZ protektierenden, Effekt (GDNF+ES: p < 0,001; 2,46 ± 0,76 SGZ/ 10.000 µm2); BDNF+ES: p < 0,05; 1,69 ± 0,82 SGZ/ 10.000 µm2). Dieser spiegelte sich auch funktionell in einer Reduktion der elektrischen Hörschwelle im Versuchsverlauf wider. Die Dexamethasonapplikation konnte postoperatives Gewebewachstum nicht verhindern. Die Kombination Dexamethasons mit elektrischen Stimulation führte zu einer Protektion der SGZ (p < 0,01; 2,05 ± 1,72 SGZ/ 10.000 µm2). Somit übt Dexamethason keinen negativen  Effekt auf die das Überleben der SGZ steigernde Wirkung der elektrischen Stimulation aus. Diese Ergebnisse sind innovativ und haben ein großes klinisches Anwendungspotential. Die gewählten Versuchsbedingungen entsprechen viel eher der klinischen Situation, bei der eine Cochlea-Implantat-Versorgung ebenfalls erst mit einem zeitlichen Verzug nach Ertaubung durchgeführt wird. Die gewonnen Daten belegen, dass die nach Ertaubung einsetzende Degeneration der SGZ mit verzögert initiierten Therapien positiv beeinflusst werden kann. Die kombinierte Intervention aus Nervenwachstumsfaktoren und elektrischer Stimulation erwies sich, im Vergleich zu den jeweiligen Einzelstimuli, als hochgradig geeignet diesen Effekt hervorzurufen. Die Ergebnisse sind sehr ermutigend hinsichtlich einer zukünftigen klinischen Anwendung einer elektrischen Stimulation des Hörnerven durch ein Cochlea-Implantat bei gleichzeitiger lokaler Applikation von Nervenwachstumsfaktoren zur Steigerung der Effektivität der Implantate.