A nitinol stent as potential treatment for human Eustachian tube dysfunction : in vivo evaluation of local effects and function in sheep

Die Eustachische Röhre (ET) ist die tubuläre und mit Flimmerepithel ausgekleidete Verbindung von Nasenrachen und Mittelohr. Es ist bekannt, dass eine Dysfunktion der Eustachischen Röhre (ETD) ein relevantes, die Allgemeinbevölkerung betreffendes, Krankheitsbild darstellt. Eine ETD ist durch den Verlust von einer oder mehrerer der drei ET Funktionen gekennzeichnet: Abwehr aufsteigender Pathogene aus dem Nasenrachen zum Mittelohr sowie Drainage von Mittelohrsekreten, Unterbindung von Autophonie und Ermöglichen des Druckausgleiches zwischen dem Nasenrachen und dem Mittelohr. Die Ätiologie der ETD ist weiterhin Gegenstand laufender Untersuchungen, wobei in der vorhandenen Literatur bereits zahlreiche mögliche Einflussfaktoren untersucht wurden. So gibt es beispielsweise Hinweise auf einen möglichen Zusammenhang mit entzündlichen Erkrankungen wie der Mittelohr- oder Nasennebenhöhlenentzündung. Die möglichen Folgen der ETD können von akuten Belüftungsstörungen des Mittelohrs bis hin zu chronischen Erkrankungen mit Hörverlust reichen.

Die verfügbaren Behandlungsmöglichkeiten sind in erster Linie symptomatisch. Trotz der Fortschritte, die die Ballondilation in den letzten Jahren bei der Behandlung von ETD gebracht hat, ist es nicht möglich, allen Patienten eine langfristige Lösung anzubieten und somit eine endgültige Linderung der Symptome zu schaffen. Daher werden in aktuellen Forschungsarbeiten Stents als mögliche neue dauerhafte Behandlung für ETD untersucht und diskutiert.

Bisher gibt es noch keinen Stent für die ET, der in der Klinik Anwendung findet und der ein für den Menschen angepasstes Design besitzt. Aufgrund dessen thematisiert die vorliegende Doktorarbeit die Untersuchung eines konisch zulaufenden Nitinol Stents für die ET, der an die menschliche Anatomie angepasst ist. Dieser soll in Zukunft eine neuartige und langfristige Behandlungsmöglichkeit für betroffene Patienten darstellen. Die durchgeführten Experimente sollen Informationen über die Langzeitauswirkungen, die lokalen Einflüsse auf das Gewebe und die Funktion eben dieses permanenten Stents bieten. Dazu wurden präklinische in vivo Untersuchungen in adulten Schafen durchgeführt.

Die vorliegende Arbeit enthält die Ergebnisse zweier Experimente, in denen der Stent in vivo und anschließend ex vivo untersucht wurde. Das Schaf wurde als Tiermodell gewählt, da es bis heute das geeignetste Tiermodell für das Testen von Implantaten für die ET darstellt. Die Anatomie der ET von Schafen weist eine hohe Ähnlichkeit mit derjenigen der menschlichen ET auf.

Ziel des ersten Experiments (Bestandteil der Publikation) war es die erste Langzeituntersuchung der lokalen Auswirkungen eines Stents auf die ET durchzuführen. Drei Gruppen von je acht Schafen wurden für drei, sechs und zwölf Monate implantiert. Die Stents wurden einseitig über einen transnasalen Zugang in den knorpeligen Anteil gesunder ETs eingesetzt. Dabei diente die jeweils andere Seite als intraindividuelle Kontrolle. Es wurden endoskopische Untersuchungen des Trommelfells und des Nasenrachens zu verschiedenen Beobachtungszeitpunkten in vivo durchgeführt. Außerdem wurde wöchentlich der Mittelohrdruck gemessen (Tympanometrie), um somit indirekte Informationen über die ET zu erhalten. Anschließend wurde eine ex vivo Kegelstrahl-Computertomographie der ET durchgeführt und die Stents sowie die Paukenhöhle ausgewertet. Außerdem wurden histologische Untersuchungen durchgeführt, um Gewebewachstum, Sekretion und das Lumen innerhalb des Stents zu evaluieren.

Die Tiere zeigten keine durch den Stent bedingten Abweichungen im Gesundheitsscore, was darauf schließen lässt, dass der Stent von den Tieren gut toleriert wurde. Die individuelle Anatomie der Tiere hat den vollständigen Vorschub des Applikators in die ET bis hin zur Markierung in einigen Fällen erschwert und/ oder verhindert. Die angestrebte Insertionstiefe wurde in 15 von 24 Stent Implantationen erreicht. Die Analyse der Tympanogramme zeigte direkt nach der Stent Implantation einen Anstieg von abnormalen Messungen, welcher als initiale Reaktion der ET Schleimhaut angesehen werden kann. In den histologischen Untersuchungen zeigte sich, dass die Stents nach allen drei Beobachtungszeiträumen von Epithel überwachsen waren.  Dies ist wichtig, damit die ET ihre Funktion beibehält und Sekrete aus dem Mittelohr drainieren kann. Es ließen sich in allen Gruppen Anzeichen von überschießendem Gewebewachstum feststellen. Dennoch war das Lumen für alle drei Gruppen und somit auch nach 12 Monaten signifikant größer (Abschnitt C) als auf der Kontrollseite. Außerdem konnte festgestellt werden, dass die gemessenen Flächen des Lumens in den verschiedenen Schnittbereichen der Form des Stents folgen. Das Lumen im Stent verjüngte sich bis hin zu den beiden Enden, vor allem zu dem konisch zulaufenden Ende in Richtung des Mittelohrs, ist dabei jedoch trotzdem größer als das Lumen der Kontrollen. Zudem konnte der Stent auch über seine Enden hinaus ein vergrößertes Lumen im Vergleich zu den Kontrollen generieren. Zwischen den drei Gruppen konnte kein statistisch signifikanter Unterschied hinsichtlich der Sekretion und dem Gewebewachstum festgestellt werden. Die Bildgebung zeigte, dass der Stent in drei Fällen nicht wie vorgesehen in der ET, sondern im umliegenden Gewebe platziert wurde. Ursächlich dafür war ein Anwenderfehler und ein daraus resultierender aktiver Vorschub des Stents während der Freisetzung. Dieser Fehler trat während der ersten Implantationen auf und wurde nach dem Feststellen behoben. Daher ist eine ausführliche Schulung zur korrekten, passiven Freisetzung der Stents in der ET unerlässlich. Alle anderen Stents konnten erfolgreich implantiert werden und es hat sich gezeigt, dass eine korrekte Platzierung kein Risiko für offenstehende ETs birgt. Außerdem waren alle korrekt implantierten Stents nahezu voll aufgespannt und hatten eine rundliche Form. Dazu wurde keine Materialermüdung in Form von Stentfrakturen festgestellt.

Die Ergebnisse der vorliegenden Studie, welche einen Beobachtungszeitraum von bis zu 12 Monaten umfasst, lassen den Schluss zu, dass die Implantation eines permanenten Stents für die ET als sicher betrachtet werden kann. Außerdem haben die endoskopischen und histologischen Ergebnisse gezeigt, dass eine zusätzliche Verjüngung des Stents zum Nasenrachen hin sinnvoll sein kann, um offenstehende Tubeneingänge zu vermeiden.

Das zweite Experiment (Bestandteil des Manuskripts) wurde durchgeführt, um aufzuzeigen, dass Stents in vivo in eine artifiziell blockierte ET implantiert werden können und um erste Informationen zur Funktion von Stents für die ET zu erhalten. Zum ersten Mal wurden Stents einseitig in eine ET eingesetzt, die zuvor mechanisch mit stabilisierter Hyaluronsäure blockiert worden war, um eine ETD zu induzieren. Im Gegensatz zum ersten Experiment waren somit für die Stentimplantation abnormale Tympanogramme und damit eine ETD erforderlich. Die Tiere wurden über einen Zeitraum von drei Monaten beobachtet und wie im ersten Experiment wurden Endoskopien, tympanometrische Messungen, Bildgebung und histologische Untersuchungen durchgeführt. Die Schafe haben während des Experimentes keine versuchsbedingten Auffälligkeiten im Gesundheitsscore gezeigt.

Es war nicht möglich, für alle ET Seiten eine ETD zu induzieren (Stent: 8/8; Kontrolle: 4/8), was dazu führte, dass intraindividuelle Kontrollen für betroffene Stent Seiten gefehlt haben. Es zeigte sich, dass sieben von acht Stents erfolgreich in die blockierten ETs implantiert werden konnten. Ein Stent wurde wahrscheinlich auch aktiv und daher in das umliegende Gewebe implantiert. Insgesamt wurde während der Endoskopien mehr klare Sekretion im Nasenrachenbereich festgestellt. Diese Erscheinung lässt sich durch den vermehrten Rückhalt von natürlich vorkommendem Nasensekret durch die Hyaluronsäure-Injektion bedingte Schleimhautvorwölbung erklären. Außerdem wurde im Vergleich zum ersten Experiment ein größerer Insertionswinkel des Applikators zu Insertion verwendet. Auch das lässt sich mit der Schleimhautvorwölbung erklären. Vier korrekt implantierte ETs erlangten während der gesamten Beobachtungszeit wieder einen physiologischen Mittelohrdruck. Von diesen hatten zwei auch eine ETD auf der Kontrollseite, sodass für diese Tiere eine frühere Belüftung des Mittelohrs auf der implantierten Seite im Vergleich zur Kontrollseite aufgezeigt werden konnte. Drei Tiere hatten auf der Stent Seite auch noch am Ende der Beobachtungszeit eine ETD. Als möglicher Grund dafür wird das Verteilungsmuster der Hyaluronsäure vermutet. In der Histologie hat sich gezeigt, dass sich die größte Menge der Hyaluronsäure in der Nähe und auch vor dem Eingang der ET befand. Somit konnte der ET Stent, welcher im Lumen und nicht im Eingang platziert war, nicht alle durch Hyaluronsäure blockierten Bereiche überbrücken. Trotzdem zeigte die histologische Auswertung, dass der Stent in den untersuchten Abschnitten ein Lumen offenhalten konnte. Die Fläche des Lumens im Anfang (Abschnitt S1) und in der Mitte (Abschnitt S2) des Stents war signifikant größer als das der Kontrollseiten. Die Sekretion der implantierten ET und der Kontrolle hat sich nicht signifikant voneinander unterschieden.

Die Ergebnisse zur Funktion eines Stents für die ET deuten auf ein vielversprechendes Potenzial als zukünftige ETD-Therapie hin. Stents konnten erfolgreich in blockierte ETs implantiert werden. Weitere Experimente zur Funktion des Stents erfordern jedoch eine Anpassung der Methodik, da sich der Großteil der Hyaluronsäure in unmittelbarer Nähe der pharyngalen Tubenöffnung befand. Folglich konnte das volle Potenzial der Stents nicht abschließend bewertet werden, und die Hyaluronsäure in der Nähe der Tubenöffnung könnte zur Persistenz von abnormalen Tympanogrammen (Typ B) in den implantierten ETs von drei Tieren beigetragen haben.

Die dargelegten Untersuchungen liefern die ersten in vivo Langzeitdaten von an die humane Anatomie angepassten Stents für die ET. Daher können die Erkenntnisse dieser Arbeit zur Entwicklung weiterer Tests zur Funktion und von klinischen Studien beitragen. Die beiden Experimente haben außerdem gezeigt, dass Schafe, wie bereits in der Literatur beschrieben, zum Erforschen von Stents für die ET gut geeignet sind und die passenden Versuchstiere für diese Studie waren. Für die Zukunft wird empfohlen, auch verschiedene anti-proliferative Substanzen als Beschichtung und Stents mit konisch zulaufender Form an beiden Enden zu untersuchen. Dies könnte dazu beitragen, das Vorkommen von Gewebewachstum und offenstehender ETs zu reduzieren. Darüber hinaus ist zu erwarten, dass Ärzte in Zukunft je nach zu Grunde liegender ETD-Ursache und damit auch je nach erforderlicher Unterstützungsdauer der ET Funktion zwischen permanenten und abbaubaren ET Stentdesigns wählen können.