Forschung & Entwicklung

Taube Mäuse hören wieder dank optischer Stimulation

Die optische Stimulation der Hörschnecke führt zu einer Hörreaktion tauber Wüstenrennmäuse nach Gentherapie und Implantation eines optischen Cochlea Implantats.

Hörminderungen sind ein weltweit stark verbreitetes Krankheitsbild. Die Sinneszellen des Innenohrs – äußere und innere Haarzellen – dienen der Schallverstärkung beziehungsweise der Umwandlung des Schalls in elektrische Impulse zur Weiterleitung an unser Gehirn. Dieselben Haarzellen des Innenohres, die zu Beginn des Lebens ausgebildet werden, müssen im besten Fall auch im hohen Lebensalter noch ihren Dienst verrichten, da sie nicht neu gebildet werden. Diese Haarzellen sind im Laufe ihres Lebens täglich starken Belastungen ausgesetzt. Vor allem Lärm führt zu Schädigungen, aber auch Medikamente, Infektionen oder Durchblutungsstörungen können zum Haarzell- und damit Hörverlust beitragen.

Forscher unter Leitung von Professor Tobias Moser, Direktor des Instituts für Auditorische Neurowissenschaften der Universitätsmedizin Göttingen (UMG), konnten die optogenetische Anregung des Hörnervs im erwachsenen Tiermodell etablieren. Damit haben sie eine bedeutende Hürde in Richtung einer zukünftigen Anwendung des optischen Cochlea Implantats (CI) beim Menschen nehmen können.

In der vorliegenden Studie konnten die Wissenschaftler über Injektionen von harmlosen Viruspartikeln in das Innenohr von ausgewachsenen Nagern Lichtschalter in die Hörnervenfasern einbauen. Sie konnten nachweisen, dass die Lichtstimulation des Hörnervs das gesamte auditorische System bis hin zur Hörrinde, dem Ort der bewussten Wahrnehmung von Geräuschen, anregt. Zudem konnten die Autoren an tauben Tieren zeigen, dass die Lichtstimulation des Hörnervs ein Hören wiederherstellt. Dazu wurde tauben, optogenetisch manipulierten Tieren zunächst ein einfaches optisches CI implantiert. Im Anschluss wurden funktionelle Messungen und Verhaltensversuche durchgeführt. Dabei konnten die Tiere ein zuvor durch akustische Reize erlerntes Verhalten auf eine optische Stimulation des Hörnervs übertragen. Umgedreht konnten hörende Tiere ein durch optische Stimulation des Hörnervs erlerntes Verhalten direkt auf akustische Reizung übertragen. Dabei waren Lichtpulse geringer Leistung von wenigen Milliwatt und kürzester Dauer von weit unter einer Millisekunde in den Experimenten ausreichend für eine Anregung des auditorischen Systems.

Eine optische Anregung des Hörnervs würde wesentlich mehr separate Stimulationskanäle ermöglichen und könnte den Flaschenhals des gegenwärtigen eingesetzten elektrischen CI überwinden. Der Grund: Licht kann besser gebündelt werden als der elektrische Reiz. Hörnervenzellen sind jedoch nicht lichtempfindlich. Daher müssen diese mit lichtempfindlichen Proteinen (vereinfacht: ‚Lichtschalter‘) ausgestattet werden. Dies wird durch die Optogenetik möglich.

Noch sind die Wissenschaftler weit von ihrem Ziel eines verbesserten Cochlea Implantats für Schwersthörige entfernt. „Es bleibt noch sehr viel zu tun, bevor wir überhaupt über eine klinische Studie nachdenken können“, sagt Projektleiter Professor Tobias Moser. „Selbstverständlich sind einfache optische CIs, wie wir sie eingesetzt haben, nicht ausreichend. Zusammen mit unseren Kollegen aus Chemnitz und Freiburg, und mit dem neuen OptoGenTech Team am Göttinger Photonik Inkubator arbeiten wir intensiv an der Entwicklung von optischen Vielkanal-CIs. Die in der aktuellen Studie erzielten molekularmedizinischen Durchbrüche stimmen uns aber zuversichtlich, dass der Ansatz zur klinischen Anwendung entwickelt werden kann.”

Originalveröffentlichung:

[C. Wrobel, A. Dieter, A. Huet, D. Keppeler, C. J. Duque-Afonso, C. Vogl, G. Hoch, M. Jeschke, T. Moser, Optogenetic stimulation of cochlear neurons activates the auditory pathway and restores auditory-driven behavior in deaf adult gerbils, Sci. Transl. Med. 10 (2018), DOI: 10.1126/scitranslmed.aao0540]

von mn

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