Gentherapie macht Cochlea-Implantate viel effektiver

Ein Team von Wissenschaftlern der Universität von New South Wales (UNSW) in Australien hat einen Weg gefunden, Elektroden in Cochlea-Implantaten einzusetzen, um eine gezielte Gentherapie durchzuführen und beschädigte Gehörnerven im Ohr nachwachsen zu lassen. Ihre Forschung wurde heute in Science Translational Medicine veröffentlicht.

Der Hörverlust ist die häufigste Form des sensorischen Verlusts und betrifft einen von fünf US-Erwachsenen. Für viele reicht ein Hörgerät aus, um ihre Beeinträchtigung zu korrigieren. Für schwerere Fälle von Hörverlust kann ein Cochlea-Implantat erforderlich sein.

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Aber die Implantate stellen nicht den gesamten Hörbereich wieder her. "Menschen mit Cochlea-Implantaten verstehen sich gut mit der Sprache, aber ihre Wahrnehmung von Tonhöhe kann schlecht sein, so dass sie oft die Freude an der Musik verpassen", sagte Gary Housley, Professor an der UNSW, in einer Pressemitteilung.

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Das Problem

Es gibt viele Arten von Hörverlust, abhängig davon, wo auf dem Weg zwischen Ohr und Gehirn Schäden auftreten. Bei Menschen mit Cochlea-Implantaten tritt der Gehörschaden im Ohr selbst auf, in der Cochlea. Die Cochlea ist mit tausenden winziger Härchen übersät, die vibrieren, wenn sie Schallwellen wahrnehmen, und dann ein Signal senden, dass Nervenzellen zum Gehirn gelangen. Diese Zellen sind sehr empfindlich und können an einer Vielzahl von Ursachen sterben.

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Es gibt auch Zellen in der Nähe, die beim Hören eine wichtige Rolle spielen, und auch sie sterben leicht. Sie machen Substanzen namens Neurotrophine, Proteine, die Nervenzellen unterstützen und sie wachsen lassen. Wenn diese Zellen sterben, verlieren die Nervenzellen, die Signale an das Gehirn senden, ihr Unterstützungsnetzwerk. Nach Neurotrophinen verhungert, sterben auch die Nervenzellen ab.

Ein Cochlea-Implantat tritt an die Stelle der schallnachweisenden Zellen im Ohr. Es hat ein Mikrofon, um Ton aufzunehmen, und einen Prozessor, um den Ton in Kanäle aufzuteilen, mit Betonung auf Wellenlängen des Klangs, die der Sprache entsprechen. Dann projiziert es eine Reihe von Elektroden tief in die Cochlea und nähert sich den Nervenzellen, die das Signal an das Gehirn übertragen.

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Es gibt jedoch immer noch eine Lücke, und die Nervenzellen haben immer noch Schäden durch Mangel an Neurotrophinen erlitten. Diese Probleme schränken die Schallempfindlichkeit für Träger von Cochlea-Implantaten ein.

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Die Lösung

Die Lösung für einen Hörverlust erschien zunächst einfach: wachsen die verlorenen Nervenzellen wieder nach. Also hat das Team Meerschweinchen benutzt, um herauszufinden, wie.

Es ist jedoch keine leichte Aufgabe, Nervenzellen wachsen zu lassen. Einfaches Baden der Meerschweinchen-Gehirne in Neurotrophinen könnte bewirken, dass alle Arten von Nervenzellen unkontrolliert wachsen, was den Meerschweinchen Anfälle, Psychosen oder Schlimmeres zufügen könnte.Sie benötigten, dass die Neurotrophine nur innerhalb der bereits geschädigten Nervenzellen auftraten, was bedeutete, dass die Zellen die Neurotrophine selbst bilden mussten.

Dies erforderte eine Gentherapie, die es den Wissenschaftlern ermöglichte, jeder Zelle einen DNA-Abschnitt zu liefern, der Anweisungen zur Herstellung von Neurotrophinen gab. Ein Weg, auf dem DNA dazu gebracht werden kann, in eine Zelle einzudringen, ist das Zappen der Zellmembran mit einem elektrischen Strom.

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Und ein Meerschweinchen, das gerade ein Cochlea-Implantat erhalten hat, hat Dutzende von Elektrizität produzierenden Elektroden direkt neben den Nervenzellen in Frage gestellt.

"Niemand hatte versucht, das Cochlea-Implantat selbst für die Gentherapie zu verwenden", sagte Housley. "Mit unserer Technik kann das Cochlea-Implantat sehr effektiv sein. "

Die Lösung war perfekt. Die Wissenschaftler injizierten ihren Meerschweinchen ihren DNA-Cocktail und nutzten dann einen kurzen Stromimpuls aus dem Cochlea-Implantat, um die schalltragenden Nervenzellen - und nur diese Nervenzellen - dazu zu bringen, die neuen DNA-Anweisungen zu akzeptieren.

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Das Ergebnis

Wie vorhergesagt, begannen die beschädigten Zellen ihre eigenen Neurotrophine zu produzieren. Mit der Wiederherstellung ihrer Versorgung begannen die Nervenzellen wieder zu wachsen und neue Verbindungen über die Lücke zu den Elektroden im Implantat herzustellen. Taube Meerschweinchen, die die Gentherapie erhalten hatten, hatten Schall tragende Nervenbündel, die 40 Prozent größer waren als die Meerschweinchen, die das Verfahren nicht hatten. Die beschädigten Nervenzellen regenerieren sogar ihr Myelin, eine fettige Hülle, die die Nervenzellen schützt und ihre Fähigkeit verbessert, elektrische Signale zu leiten.

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Zwei Wochen nach der Behandlung testeten die Wissenschaftler das Gehör der Meerschweinchen, indem sie ihre Gehirnaktivität messen. Die Ergebnisse waren dramatisch. Meerschweinchen, die Gentherapie erhalten hatten, hörten fast so empfindlich wie Meerschweinchen, die ihr Gehör nie verloren hatten.

Die Produktion von Neurotrophinen fiel nach einigen Monaten ab, da die gespendete DNA zerfiel, aber mit eingehenden Schallsignalen, um sie aktiv zu halten, blieben die Nervenzellen stark.

Dies könnte alles verändern, was Menschen mit Cochlea-Implantaten betrifft.

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"Wir denken, dass es möglich ist, dass diese Gentransportung in der Zukunft nur noch wenige Minuten zum Implantationsverfahren beitragen würde", sagte Jeremy Pinyon, der erste Autor des Artikels, in einer Pressemitteilung. "Der Chirurg, der das Gerät installiert, injiziert die DNA-Lösung in die Cochlea und feuert dann elektrische Impulse, um den DNA-Transfer auszulösen, sobald das Implantat eingesetzt ist. "

Die für die Durchführung des Gentherapieverfahrens verwendeten elektrischen Impulse sind höher als die empfohlene Zulässigkeit für Cochlea-Implantate, aber ein Stromstoß für nur wenige Sekunden würde wahrscheinlich im Vergleich zum möglichen Nutzen des wiederhergestellten Hörens wenig Probleme verursachen.

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Diese Technik ebnet auch den Weg für eine gezielte Gentherapie zur Behandlung anderer Erkrankungen wie der Parkinson-Krankheit, für die ein Patient auch ein bionisches Implantat erhalten könnte.

"Unsere Arbeit hat Auswirkungen weit über Hörstörungen hinaus", sagte Co-Autor Matthias Klugmann, Dozent an der UNSW School of Medical Sciences, in einer Pressemitteilung. "Gentherapie wurde als Behandlungskonzept sogar für verheerende Erkrankungen vorgeschlagen neurologische Bedingungen, und unsere Technologie bietet eine neue Plattform für einen sicheren und effizienten Gentransfer in so empfindliche Gewebe wie das Gehirn. "

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