Göttingen/Freiburg. Cochlea-Implantate (CI) regen den Hörnerv hochgradig schwerhöriger oder tauber Menschen mittels elektrischen Stroms an. Die Qualität dieses künstlichen Hörens ist jedoch weit entfernt von der Qualität natürlichen Hörens. Deshalb setzen Hörforscher darauf, den Hörnerv zielgenau mit Licht zu reizen.

Licht lässt sich besser räumlich eingrenzen als Elektrizität. So könnte Licht eine präzisere Anregung des Hörnervs ermöglichen. Im Tierversuch ist es gelungen, ein CI für das Hören mit Licht erstmals zu erproben, teilte die Universitätsmedizin Göttingen (UMG) mit.

Gentherapeutischer Eingriff

Für den Einsatz des neuartigen Implantats musste der Hörnerv, der natürlicherweise nicht auf Licht reagiert, durch gentherapeutische Eingriffe zunächst lichtempfindlich gemacht werden. An einem am Institut für Auditorische Neurowissenschaften sowie am Exzellenzcluster Multiscale Bioimaging von molekularen Maschinen zu Netzwerken erregbarer Zellen (MBExC) der UMG entwickelten Tiermodell für menschliche Schwerhörigkeit mit gentechnisch verändertem, lichtsensitivem Hörnerv ließ sich anschließend ein an der Universität Freiburg entwickeltes neuartiges CI für das Hören mit Licht erstmals erproben.

Nach UMG-Angaben zeigen die Ergebnisse: Optische CIs basierend auf Mikro-Leuchtdioden (μLED) regen den gentechnisch veränderten Hörnerv mittels Licht mit großer Präzision an. "Dies ist ein wichtiger Meilenstein bei der Entwicklung zukünftiger klinischer optischer Cochlea-Implantate. Wir sind damit einen großen Schritt in Richtung klinischer Anwendbarkeit künftiger optischer Cochlea-Implantate vorangekommen", sagt der Senior-Autor der Publikation Prof. Tobias Moser, Direktor des UMG-Instituts für Auditorische Neurowissenschaften und Sprecher der Exzellenzclusters Multiscale Bioimaging (MBExC).

16 Mikro-Leuchtdioden

In vorausgehenden Studien wurden bisher zur optischen Anregung des Hörnervs maximal drei Glasfasern genutzt, um mit deren Hilfe Licht von externen Lasern in die Hörschnecke (Cochlea) zu leiten. In der nun veröffentlichten Studie kamen erstmals optische Cochlea-Implantate mit 16 Mikro-Leuchtdioden mit einer Kantenlänge von lediglich 0,06 Millimetern zur Anregung des Hörnervs in Wüstenrennmäusen zum Einsatz.

Die von einem Ingenieursteam um Dr. Patrick Ruther, Gruppenleiter am Institut für Mikrosystemtechnik an der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, entwickelten CIs mit speziellen und sehr kleinen Mikro-Leuchtdioden können unabhängig voneinander Licht an verschiedenen Stellen der Hörschnecke generieren. Mit der Anwendung des neuartigen Implantats wird nach Angaben von Moser Mitte der 2020er-Jahre gerechnet.

Tobias Moser

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Für die UMG-Hörforscher belegt die Studie, die kürzlich in der Fachzeitschrift "EMBO Molecular Medicine" veröffentlicht wurde, dass die Anregung des genetisch veränderten Hörnervs mittels der eigens dafür entwickelten Mikro-LED-Cochlea-Implantate möglich ist. Die Stärke der Nervenzellaktivität variierte mit der verwendeten Lichtintensität und Anzahl der gleichzeitig aktivierten LEDs. Besonders wichtig ist es gewesen, eine hohe Präzision bei der Stimulation der Hörbahn nachweisen zu können, denn sie macht eine bessere Tonhöhenunterscheidung möglich, heißt es in der UMG-Information.

Verbesserte Hörqualität

„Für die Anwendung zukünftiger optischer CIs am Patienten war die Zusammenarbeit der biomedizinischen Forschung mit der Mikrosystemtechnik ein essenzieller Schritt, und ich freue mich, dass ich zu diesen Arbeiten beitragen konnte“, sagt Dr. Alexander Dieter, einer der Erstautoren der Publikation. „Diese Ergebnisse lassen hoffen, dass künstliches Hören in der Zukunft mit verbesserter Hörqualität möglich sein wird“, so Dr. Dieter, der nach seiner Promotion am UMG-Institut für Auditorische Neurowissenschaften am Zentrum für Molekulare Neurobiologie am Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf (UKE) tätig ist.

„Die Integration von miniaturisierten Lichtstrahlern mit Abmessungen, die der Dicke eines menschlichen Haares entsprechen, in einem flexiblen Cochlea-Implantat für die kleine Hörschnecke von Nagetieren ist eine technische Meisterleistung derFreiburger Kollegen“, sagt Moser. „Auch wenn die Entwicklung optischer Cochlea-Implantate für Menschen noch einige Jahre in Anspruch nehmen wird, zeigen die aktuellen Versuche bereits die im Vergleich zum elektrischen Cochlea-Implantat verbesserte Tonhöhenauflösung.“

Langzeitexperimente im Tiermodell

Weitere Entwicklungen sollen nun die Energieeffizienz und die optischen Eigenschaften der optischen CIs verbessern. „Technisch gesehen, gibt es nach dieser Machbarkeitsstudie noch viel für uns zu tun“, betont Eric Klein, einer der Erstautoren und Doktorand am Institut für Mikrosystemtechnik an der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg. „Wir wissen jedoch bereits, dass Linsensysteme mit den Mikro-LEDs kombiniert werden können und so mehr Licht präziser auf den Hörnerv gerichtet werden kann.“ Die Göttinger Hörforscher wollen nun Langzeitexperimente mit diesen optischen CIs im Tiermodell durchführen, um deren Nutzen für die Tonhöhenunterscheidung auf der Verhaltensebene zu untersuchen und die Langzeitstabilität des Ansatzes zu prüfen.

Von Angela Brünjes

GT/ET