Neurodegeneration in der zentralen und peripheren Hörbahn

Akustische Überbelastung führt zu Stoffwechselstörungen oder direkten mechanischen Schäden der Sinneszellen im Hörorgan. Der Presbyacusis ,eine normales Alterungsphänomen, liegen die allgemeinen Mechanismen der Altersveränderungen der Zellen zugrunde. Wahrscheinlich spielen spontane und exogene DNS -Schädigungen eine wesentliche Rolle. Größtes Problem bei der histologischen Untersuchung von menschlichen Probenmaterial ist die genügend gute Fixation der Innenohrstrukturen, die außerordentlich schnellen postmortalen Veränderungen unterworfen sind.Neben weitgehend genetischen Faktoren spielen gerade beim Alterungsprozess des Ohres Abnützungserscheinungen durch ständige Beschallung der Umwelt zweifellos eine wichtige Rolle. Ziel des vorgelegten Projektes ist es, drei verschiedene Arten von Schwerhörigkeit zu untersuchen und miteinander zu vergleichen: die akute Lärmschwerhörigkeit (Knalltrauma) bis hin zur chronischen Lärmbelastung, Formen von früher Hochtonschwerhörigkeit bis zur Altersschwerhörigkeit sowie genetisch induziertete angeborene Hörstörungen. Wir planen mit Hilfe von lichtmikroskopischen, elektronenoptischen und immunhistochemischen Techniken das Innenohr untersuchen. Beim Studium der Altersschwerhörigkeit im Ohr sind wir weitgehend auf menschliches Material angewiesen. Es ist geplant, an 5 Felsenbeinen mit dokumentierten Hochtonverlust (Audiogramm, Krankheitsverlauf) ultrastrukturelle Veränderungen am Innenohr zu untersuchen. Ein weiters Ziel unserer Studie ist es ,bei plötzlichen Ertaubung degenerative Veränderungen in der zentralen Hörbahn zu studieren. Immunhistochemischer Nachweis verschiedener neuroaktiver Substanzen im menschlichen Innenohr soll wichtige Grundlagen für eine zukünftige Pharmakotherapie unterschiedlicher Innenohrerkrankungen liefern.

Schall wird über den äußeren Gehörgang und Mittelohr auf die flüssigkeitsgefüllte Gehörschnecke geleitet, dort von Haarsinneszellen wahrgenommen und von Neuronen in der Cochlea (Spiralganglienzellen) an das Zentralnervensystem weitergeleitet. Hochdosierung diverser Antibiotika, intensiver Schall, genetische Erkrankungen aber auch der natürliche Alterungsprozess führen zu einem Verlust der Haarsinneszellen und oft zu einer darauf folgenden Degeneration von Nervenzellen in der Hörschnecke. Ist der Verlust der Haarsinneszellen sehr hoch oder deren Funktion stark beeinträchtigt haben schallverstärkende Hörgeräte keinen befriedigenden Nutzen. Bei schwerem Hörverlust oder Taubheit besteht die Möglichkeit, verbleibende Neurone in der Cochlea elektrisch anzuregen und somit einen Höreindruck wieder herzustellen. Dazu werden Elektroden in die Cochlea eingeführt und Schall von einer Mikrophon-Signalprozessor Kombination in elektrische Impulse übersetzt. Der Erfolg dieser bionischen Ersatzorgane ist allerdings individuell unterschiedlich und abhängig vom funktionellen Zustand des Hörnervs. Nach Möglichkeiten der Verbesserung von Cochleaimplantaten wird intensiv geforscht. Grundlage für neue Innovationen auf dem Gebiet der Innenohrforschung an der menschlichen Cochlea bilden Erkenntnisse über das Degenerationsmuster in der Hörbahn (Hörschnecke & zentrale Nervenzellen im Hirnstamm). Felsenbeine von Personen mit genetischen Syndromen wie Alport-, Usher-, Pendred Syndrom und Trisomie 21 wurden in diesem Projekt untersucht. Eine neue tomographische Methode, die Synchrotron Strahlung nutzt, wurde erstmals zur dreidimensionalen Darstellung von humanen Felsenbeinen z.T. mit implantierter Elektrode eingesetzt und erlaubt hochauflösende, nicht destruktive Analyse von ganzen Innenohren. Weiters konnte gezeigt werden, dass sogar nach über 50 Jahre Taubheit (nach einem Knalltrauma) viele Nervenzellen vorhanden sind -trotz komplettem Fehlen von Sinneszellen. Eine Cochlea mit Implantat zeigte erhebliche Knochenneubildung und Fibrose in Cochlea und Hörnerv & reduzierte Anzahl von Neuronen in der zentralen Hörbahn. Eine genauere Analyse der Mikroanatomie der Hörschnecke zeigte deutliche Unterschiede zu gebräuchlichen Tiermodellen und unterstreicht die Bedeutung der Forschung an humanem Gewebe. Antibiotika induzierte Degeneration von Sinneszellen, afferenten und efferenten Nervenfasern und Spiralganglienzellen wurde in Zusammenarbeit mit dem Kresge Hearing Institut, Ann Arbor Michigan, USA an einem Tiermodell erforscht und zeigte sehr schnelle Degeneration von Sinneszellen und Afferenzen, gefolgt von efferenten Nervenfasern und Neuronen mit größten Schäden an der Schneckenbasis, jene Region wo hohe Frequenzen wahrgenommen werden. Regeneration von Nervenfasern ist ein theoretischer Ansatz, diese Cochleaimplantate zu verbessern. Würden der Abstand zwischen Nervenzellen und Elektrodenkontakte verringert, könnten mehr Kanäle mit geringerer Reizspannung zur Elektrostimulation genutzt werden und somit den Höreindruck verbessern. Wir konnten zeigen, dass die lokale Anwendung von Nervenwachstumsfaktoren dieses Nachwachsen von Nervenfortsätzen der Spiralganglienzellen stimulieren können und die Anzahl and Neuronen sogar steigern können, die Degeneration des efferenten Nervenfasersystems jedoch nicht verhindert wird. Nervenfasern benötigen dazu aber anscheinend ein bindegewebiges Grundgerüst und können nicht in den freien Periplymphraum sprießen.