In den letzten Jahrzehnten hat das Cochlea-Implantat vielen Menschen mit starkem Hörverlust das Hören wieder ermöglicht. Für Patienten und Patientinnen, deren Hörnerv für diese Art von Gerät zu stark geschädigt ist, ist jedoch das auditorische Hirnstammimplantat (englisch: Auditory Brainstem Implant, ABI) eine vielversprechende Alternative.
Leider sind die heutigen ABIs starr und bieten keinen guten Kontakt mit dem Nervengewebe. Dies führt zu zahlreichen Nebenwirkungen wie Schwindel oder Gesichtszuckungen, die die Ärzte oft dazu zwingen, die meisten Elektroden zu deaktivieren. Infolgedessen nehmen die meisten ABI-Nutzerinnen und -Nutzer nur undeutliche Laute wahr, und wenn es sich um Sprache handelt, ist sie kaum verständlich.
Das Labor für flexible bioelektronische Schnittstellen (LSBI) der EPFL hat nun ein flexibles und ultradünnes Hirnstamm-Hörimplantat entwickelt. Es besteht aus mikrometergroßen Platinelektroden, die in eine Silikonschicht eingebettet sind, und bildet ein flexibles Gerät, das nur Bruchteile eines Millimeters dick ist. Dieser innovative Ansatz, der in Nature Biomedical Engineering veröffentlicht wurde, ermöglicht einen besseren Kontakt mit den Neuronen, wodurch die Aktivierung von nicht zielgerichteten Nerven und die damit verbundenen Nebenwirkungen verringert werden.
"Die Entwicklung eines flexiblen Implantats, das sich wirklich an die Umgebung des Hirnstamms anpasst, ist ein entscheidender Schritt zur Wiederherstellung des Hörvermögens bei Menschen, die keine Cochlea-Implantate verwenden können. Unsere Ergebnisse bei Makaken sind sehr ermutigend für eine zukünftige klinische Anwendung und eröffnen die Möglichkeit, ein besseres und präziseres Hören zu ermöglichen", erklärt Stephanie P. Lacour. Lacour, Leiterin des LSBI
Eine komplexe Verhaltensaufgabe
Anstatt sich auf chirurgische Tests zu beschränken, erweiterte das Team den Versuchsbereich auf eine gründliche Verhaltensbeobachtung bei normal hörenden Probanden. Dadurch konnten die Wissenschaftler die Fähigkeit der Tiere messen, Muster elektrischer Stimulation so zu unterscheiden, wie sie es mit einem natürlichen akustischen Gehör tun würden."Das Design des empfindlichen Implantats ist nur die Hälfte der Herausforderung. Die andere Hälfte besteht darin, einem Tier beizubringen, uns durch sein Verhalten zu zeigen, was es wirklich hört", erklärt Emilie Revol, die erste Co-Trainerin des Projekts und ehemalige Doktorandin an der EPFL.
Sie trainierte die Makaken akribisch auf eine Aufgabe zur Hörunterscheidung: Die Affen lernten, einen Hebel zu drücken und loszulassen, um anzuzeigen, ob aufeinanderfolgende Töne "gleich" oder "verschieden" sind.
wir haben dann schrittweise die Stimulation des weichen Implantats eingeführt und sie zunächst mit normalen Geräuschen kombiniert, damit die Affen eine Verbindung zwischen dem akustischen und dem prothetischen Hören herstellen konnten", erklärt Emilie Revol. Das Endziel war es, zu sehen, ob das Tier subtile Veränderungen zwischen verschiedenen Elektrodenpaaren erkennen konnte, wenn nur das flexible ABI aktiviert war. Unsere Ergebnisse legen nahe, dass das Tier diese Impulse fast auf die gleiche Weise wie echte Töne verarbeitet hat."
Warum eine flexible Matrix?
"Unser Hauptziel war es, die flexiblen bioelektronischen Schnittstellen zu nutzen, um die Nähe zwischen der Elektrode und den Nervenzellen zu verbessern und so ein hochauflösendes Hören zu ermöglichen", erklärt Alix Trouillet, ehemalige Postdoktorandin an der EPFL und erste Koautorin der Studie. "Wenn die Elektrodenmatrix auf natürliche Weise der Krümmung des Hirnstamms folgt, werden die Aktivierungsschwellen gesenkt, so dass die Stimulationsamplitude verringert und mehr Elektroden aktiv gehalten werden können."Herkömmliche ABIs werden auf der dorsalen Oberfläche des Cochlea-Kerns angebracht, die einen Radius von 3 mm und eine komplexe Form hat. Diese starren Elektroden lassen Luftspalten, was zu einer starken Streuung des Stroms und einer unerwünschten Aktivierung von Nerven führt. Im Gegensatz dazu lässt sich das ultradünne Silikondesign des EPFL-Teams problemlos um das Gewebe herum modellieren.
Über diese Anpassungsfähigkeit hinaus ermöglicht die flexible Mikrofertigung der weichen Matrix eine Anpassung an verschiedene Anatomien. die Möglichkeiten, die die Mikrolithografie bietet, sind enorm", sagt Alix Trouillet. Man kann sich eine größere Anzahl von Elektroden oder neue Konfigurationen vorstellen, die die Frequenzselektivität noch weiter verfeinern. Unsere aktuelle Version enthält 11 Elektroden, aber diese Zahl könnte sich in zukünftigen Versionen deutlich erhöhen"
Höherer Komfort und weniger Nebenwirkungen
Eines der bemerkenswerten Ergebnisse der Studie ist das Fehlen nennenswerter Nebenwirkungen. Die Wissenschaftler berichten, dass das Tier in dem getesteten Bereich der elektrischen Ströme keine Anzeichen von Unbehagen oder Muskelkontraktionen um das Gesicht herum zeigte, worüber Nutzerinnen und Nutzer von Hirnstamm-Hörimplantaten häufig klagen. der Affe drückte absichtlich auf den Hebel, um die Stimulation auszulösen", erklärt Emilie Revol. Wenn das Implantat unbequem gewesen wäre, hätte er höchstwahrscheinlich aufgehört"Auf dem Weg zur klinischen Anwendung
Obwohl diese Ergebnisse vielversprechend sind, wird die Kommerzialisierung eines flexiblen ABI weitere Forschung und regulatorische Schritte erfordern. "Es wäre bereits möglich, das Gerät bei ABI-Operationen am Menschen zu testen", sagt Stéphanie Lacour. Die Professorin weist darauf hin, dass die in Boston ansässigen klinischen Partner des Teams regelmäßig ABI-Eingriffe bei Menschen mit schweren Schädigungen des Cochlea-Nervs durchführen. "Unsere Partner könnten unsere flexible Matrix kurzzeitig vor dem Standardimplantat einsetzen, um zu messen, ob wir tatsächlich die unerwünschte Aktivierung von nicht hörenden Strukturen reduzieren."Darüber hinaus müssen alle Materialien, die zur Herstellung eines Implantats für den menschlichen Gebrauch verwendet werden, zugelassen sein und eine langfristige Zuverlässigkeit nachweisen. Das Team ist jedoch aufgrund der strengen Tests, die das Gerät bereits durchlaufen hat, zuversichtlich: "Unser Implantat blieb bei Tieren mehrere Monate lang an Ort und Stelle, ohne dass es zu einer messbaren physischen Migration kam", sagt Alix Trouillet. Das ist ein entscheidender Fortschritt, da Standard-ABIs dazu neigen, im Laufe der Zeit zu wandern."
Forschung mit Tieren an der EPFL
Der wissenschaftliche Ansatz, der zur Veröffentlichung dieses Artikels geführt hat, erforderte die Einbeziehung von Versuchstieren. In-vivo-Experimente können sich auch heute noch für Forscherinnen und Forscher der Biowissenschaften als unerlässlich erweisen, um komplexe biologische Prozesse zu verstehen und zu modellieren.Die EPFL setzt sich sowohl für eine qualitativ hochwertige Forschung als auch für die Einhaltung der geltenden ethischen und rechtlichen Regeln im Rahmen der Forschung mit Tiermodellen ein. Da uns das Wohlergehen der Tiere am Herzen liegt und wir uns unserer Verantwortung ihnen gegenüber bewusst sind, wenden wir eine strenge interne Politik an, die auf dem Prinzip der 3R beruht: Ersetzen, Reduzieren, Verfeinern. Wann immer es möglich ist, verwenden wir die neuesten und relevanten Methoden, die keine Tiere benötigen (Computermodelle, Zellkulturen, Organoide...). Schließlich verwenden wir nur die notwendige Anzahl an Tieren, wobei wir darauf achten, den Stress, dem die Tiere ausgesetzt sein könnten, auf ein absolutes Minimum zu reduzieren. Der Prozess wird in der Schweiz von den kantonalen und eidgenössischen Veterinärbehörden begleitet und kontrolliert.
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Trouillet, A., Revol, E., Coen, F.-V., Fallegger, F., Chanthany, A., Delacombaz, M., Kolly, L., Furfaro, I., Lanz, F., Kanumuri, V., Adenis, V., Garcia-Chavez, A., Brown, M. C., Anschuetz, L., Bloch, J., Lee, D. J., Lacour, S. P. "High-resolution prosthetic hearing with a soft auditory brainstem implant in macaques." (2025) Nature Biomedical Engineering. DOI: 10.1038/s41551-025-01378-9
