Klinik und Poliklinik für Hals-, Nasen- und Ohrenkrankheiten, plastische und ästhetische Operationen
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Different effects of conditional Knock-Out of Stat3 on the sensory epithelium of the Organ of Corti
(2024)
The mammalian cochlea detects sound in response to vibration at frequency-dependent positions along the cochlea duct. The sensory outer hair cells, which are surrounded by supporting cells, act as a signal amplifier by changing their cell length. This is called electromotility. To ensure correct electrical transmission during mechanical forces, a certain resistance of the sensory epithelium is a prerequisite for correct transduction of auditory information. This resistance is managed by microtubules and its posttranslational modification in the supporting cells of the sensory epithelium of the cochlea. Stat3 is a transcription factor, with its different phosphorylation sites, is involved in many cellular processes like differentiation, inflammation, cell survival and microtubule dynamics, depending on cell type and activated pathway. While Stat3 has a wide range of intracellular roles, the question arose, how and if Stat3 is involved in cells of the organ of Corti to ensure a correct hearing.
To test this, Cre/loxp system were used to perform conditional Knock-Out (cKO) of Stat3 in outer hair cells or supporting cells either before hearing onset or after hearing onset. Hearing performances included DPOAE and ABR measurements, while molecular were performed by sequencing. Additionally, morphological examination was used by immunohistochemistry and electron microscopy.
A cKO of Stat3 before and after hearing onset in outer hair cells leads to hearing impairments, whereas synapses, nerve fibers and mitochondria were not affected. Bulk sequencing analyzation of outer hair cells out of cKO mice before hearing onset resulted in a disturbance of cellular homeostasis and extracellular signals. A cKO of Stat3 in the outer hair cells after hearing onset resulted in inflammatory signaling pathway with increased cytokine production and upregulation of NF-kb pathway. In supporting cells, cKO of Stat3 only after hearing onset resulted in a hearing impairment. However, synapses, nerve soma and fibers were not affected of a cKO of Stat3 in supporting cells. Nevertheless, detyronisated modification of microtubules were altered, which can lead to an instability of supporting cells during hearing.
In conclusion, Stat3 likely interact in a cell-specific and function-specific manner in cells of the organ of Corti. While a cKO in outer hair cells resulted in increased cytokine production, supporting cells altered its stability due to decreased detyronisated modification of microtubules. Together the results indicated that Stat3 is an important protein for hearing performances. However, additional investigations of the molecular mechanism are needed to understand the role of Stat3 in the cells of the organ of Corti.
Die Maus mit progressiver motorischer Neuropathie (PMN) ist ein Modell für eine vererbte motorische Neuropathie mit progressiver Neurodegeneration. Die Degeneration der Axone geht mit homozygoten Mutationen des TBCE- Gens einher, das für das Tubulin-Chaperon-E- Protein kodiert. TBCE ist für die korrekte Dimerisierung von Alpha- und Beta-Tubulin verantwortlich. Auffallend ist, dass die PMN-Maus nach dem normalen Beginn des Hörens auch einen progressiven Hörverlust entwickelt, der durch die Degeneration des Hörnervs und den Verlust der äußeren Haarzellen (OHC) gekennzeichnet ist. Die Entwicklung dieser neuronalen und cochleären Pathologie ist
Wirkung von peg-IGF-1 auf das auditorische System durch Behandlung ab dem 15. postnatalen Tag (p15). Die histologische Analyse ergab positive Auswirkungen auf die OHC-Synapsen der medialen olivocochleären (MOC) neuronalen Fasern und eine kurzfristige Abschwächung des OHC-Verlustes. Peg-IGF-1 war in der Lage, die Desorganisation der OHC-Synapsen bedingt wiederherzustellen und die Bereitstellung von cholinerger Acetyltransferase in den Präsynapsen aufrechtzuerhalten. Zur Beurteilung der auditorischen Funktion wurden frequenzspezifische Hirnstammreaktionen und otoakustische Emissionen mit Verzerrungsprodukten bei Tieren mit p21 und p28 aufgezeichnet. Trotz der positiven Auswirkungen auf die MOC-Fasern und die OHC konnte jedoch keine Wiederherstellung des Hörvermögens erreicht werden. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass die synaptische Pathologie der efferenten MOC-Fasern in PMN-Mäusen eine besondere Form der "efferenten auditorischen Neuropathie" darstellt. Peg-IGF-1 zeigte eine otoprotektive Wirkung, indem es die Degeneration von OHCs und efferenten Synapsen verhinderte. Es sind jedoch verstärkte Anstrengungen zur Optimierung der Behandlung erforderlich, um nachweisbare Verbesserungen der Hörleistung zu erzielen.
Trotz langjähriger klinischer Erfahrung, vielen Untersuchungen und Studien, ist die korrekte Diagnosestellung eines Morbus Menière immer noch schwierig. Diagnostische Mittel sind vor allem eine ausführliche Anamnese, die ECOG, Tonaudiogramm und der Ausschluss anderer Innenohrerkrankungen. Betroffene erleiden häufig Schwindelanfälle, Tinnitus, Ohrdruck und verlieren an Hörvermögen. Der progressive Verlauf dieser Erkrankung lässt sich meist nur verlangsamen. Häufig startet die Therapie funktionserhaltend-medikamentös mit Betahistin und Antiemetika, im weiteren Verlauf sind meist operative Eingriffe wie die Saccotomie nötig. Dabei wird der Saccus endolymphaticus aufgesucht, geschlitzt und mittels Silikondreieck offengehalten, um damit eine Entlastung des endolymphatischen Systems zu schaffen. Zeigt sich nur wenig Besserung kann destruierend fortgefahren werden. Hierbei sind vor allem die Gentamycin-Therapie und die Neurektomie oder Labyrinthektomie Mittel der Wahl.
Diese Untersuchung hatte das Ziel eine weitere diagnostische Methode zu finden, um die MM-Diagnose zu sichern und eine Prognose in Bezug auf die Therapie mittels Saccotomie zu liefern. Im Fokus stand hierbei der vestibuläre Aquädukt, welcher bereits in vielen Arbeiten auffällig in Form und Lage bei MM-Patienten gewesen war. Vor allem der Bezug des Aquäduktes zu den Bogengängen und dessen Länge wurden in der vorliegenden Studie genauer betrachtet. Dies geschah durch Messungen anhand von CT-Bildern. Der Winkel zwischen den Bogengängen und dem VA und die Länge des VA wurde gemessen und ausgewertet. Dies wurde zur Bestätigung der Methode, sowohl an menschlichen Felsenbeinpräparaten mit qualitativ unterschiedlichen CT-Aufnahmen als auch an Patienten durchgeführt. Dabei konnte man keine signifikanten Unterschiede innerhalb der verschiedenen CT-Aufnahmen der Felsenbeinpräparate feststellen.
Mit Bestätigung der Reliabilität dieser Methode wurden dann Patienten untersucht. Dabei wurden zwei Gruppen gebildet, Nicht-MM- und MM-Patienten. Die Nicht-MM bestanden aus Patienten mit einem Akustikusneurinom der Gegenseite oder einem Cochlea-Implantat, welche keinen MM aufwiesen. Die MM-Patienten wurden alle mit einer Saccotomie behandelt und hatten damit einen gesicherten MM. Die Auswertung der Messergebnisse stellte dar, dass bei MM-Betroffenen die Länge mit durchschnittlich 7,9 mm im Vergleich mit Nicht-Betroffenen-VA (9,5 mm), signifikant reduziert war. Auch die Ergebnisse der Winkelmessung zeigte bei allen Bogengängen signifikante Unterschiede.
Um die Ergebnisse der Winkelmessung besser zu kategorisieren, wurde der VA-Score erstellt. Dieser vereinigt die Ergebnisse der drei Bogengänge zu einem Wert von 1 bis 8. Auch hier erwiesen sich die MM-Patienten als auffällig, da sich diese im VA-Score 2 mit 44% häuften. Im Gegensatz dazu waren die Ergebnisse der nicht Erkrankten breiter verteilt.
Zur weiteren Auswertung zählten außerdem die anamnestischen Daten und der Verlauf der Saccotomie. Dadurch konnte der Erfolg der Behandlung bestimmt und diese mit den Untersuchungen des VA des jeweiligen Patienten korreliert werden. Dabei stellte sich heraus, dass vor allem bei VA mit hohen Winkeln und sehr kurzen VA die Erfolgsquote geringer war.
Damit könnte also ein Zusammenhang zwischen Form und Lage des VA und Therapie bestehen. Um dies sicher zu bestätigen, braucht es noch mehr Patienten und eine klinisch zugelassene Software, die diese Messungen durchführen kann. Hierbei ist vor allem eine gute Bildgebung des Innenohrs wichtig, um den VA optimal messen zu können. Um die Messungen schnell und zuverlässig durchführen zu können, wäre eine Software, welche die Messungen automatisch durchführen kann, ein möglicher Ansatz. Die ausführliche Voruntersuchung wird jedoch weiterhin notwendig sein, um MM sicher zu diagnostizieren.
Sprachaudiometrische Untersuchungen sind Voraussetzung für die korrekte Verordnung und Anpassung von Hörgeräten und Cochlea-Implantaten sowie der arbeitsmedizinischen Begutachtung von Minderungen der Erwerbsfähigkeit. Um das Kommunikationsvermögen im lärmbelasteten Alltag zu prüfen, eignen sich Sprachverständlichkeitsmessungen im Störschall. In dieser Arbeit sollten mit dem HSM-Satztest Normwerte zum Sprachverstehen im Störlärm an jungen Erwachsenen für Messungen an Hörgeschädigten ermittelt werden. Junge Erwachsene sind i.d.R. maximal konzentrations- und leistungsfähig sowie normal hörend. Ferner wurde überprüft, inwiefern sich das individuelle Antwortverhalten der Probanden und die Position der Satzgruppe auf das Sprachverstehen auswirken. Dreißig Probanden beiderlei Geschlechts im Alter von 20 bis 29 Jahren wurden zwischen beiden Ohren wechselnd digital aufgezeichnete, sinnvolle Sätze in Störschallpegeln von 60 und 80 dB dargeboten. Die getrennte Betrachtung der Ergebnisse bei 60 und 80 dB Störschall zeigte für den Bereich der Sprachverständlichkeitsschwelle ein signifikant besseres Sprachverstehen bei 80 dB Störschall. Hier war ein geringerer Sprachschallpegel zum fünfzigprozentigen Sprachverständnis erforderlich. Außerdem war bei gleichem Signal- Rausch-Abstand das prozentuale Verständnis höher. Die Befunde mit der binaural alternierenden Darbietung des HSM-Tests bestätigen entsprechende Vermutungen früherer Untersuchungen von Hörgeräteträgern und älteren Normalhörenden. Daher wurde nicht ein Artefakt des hier verwendeten Versuchsaufbaus gemessen. Forsches Antwortverhalten zeigte eine leichte, jedoch nicht signifikante Tendenz zu besser bewertetem Sprachverständnis. Unterschiede im Sprachverständnis in Abhängigkeit von der Position der Satzgruppe konnten nicht festegestellt werden. Die Definition der Norm mit diesem Testansatz, der Alltagsbedingungen im Labor simuliert, ist eine wesentliche Voraussetzung für präzise Diagnostik von Hörstörungen und ihre optimierte Behandlung.
Für die Cochlea-Implantat-Versorgung ist die Kenntnis der individuellen Anatomie der Hörschnecke im perioperativen Kontext essenziell, um ein suffizientes audiologisches Resultat sicherzustellen. Ein akkurates Verfahren hierfür stellt die 3D multiplanare Rekonstruktion (3D-curved MPR) in Schnittbildgebung dar. Notwendige Voraussetzung ist jedoch eine hinreichende Bildqualität. In dieser Arbeit wurde das Augenmerk auf die sekundäre Rekonstruktion von Primärdatensätzen der Flachdetektor-Volumen-Computertomographie (fpVCTSECO) gerichtet. Diese bietet nämlich die Möglichkeit, die Bildqualität zu steigern, ohne jedoch eine als kritisch einzuschätzende Dosissteigerung in Kauf nehmen zu müssen.
Es konnte gezeigt werden, dass es für die Messung der Länge von 2 Schneckenwindungen (2TL), der gesamten cochleären Länge (CDL) und dem Winkelmaß (AL) mittels 3D-curved MPR in der fpVCT keinen signifikanten Unterschied gegenüber der Mehrschicht-CT gibt. In beiden Modalitäten wurden alle drei Parameter gegenüber der Referenzbildgebung micro-CT deutlich unterschätzt. Durch die fpVCTSECO war es möglich, die Genauigkeit der Messungen zu steigern und den Werten der Referenz anzunähern. Lediglich für AL muss eine geringfügige systematische Unterschätzung beachtet werden.
Postoperativ zeigte sich mit einliegendem Elektrodenträger für 2TL eine ebenso präzise Messung wie präoperativ ohne. Jedoch wurde die CDL um circa 0,5 - 0,7 mm unterschätzt. Ursächlich hierfür dürften vor allem Metallartefakte gewesen sein. Auch wenn die 3D-curved MPR in Kombination mit der fpVCTSECO postoperativ zur Visualisierung der räumlichen Beziehung von Elektrodenträger, Modiolus und ossärer lateraler Wand sehr gut geeignet war, so muss sich der Einfluss dieser Diskrepanz für die audiologische Anpassung in Zukunft erst noch zeigen.
Eine retrospektive Analyse laryngealer Vorläuferläsionen sowie deren Verlauf und Progressionsrisiko
(2023)
Hinter dem makroskopischen Bild einer Leukoplakie der Stimmlippen können sich verschiedene histopathologische Diagnosen, wie Hyper- oder Parakeratosen, unterschiedliche Dysplasieschweregrade oder ein invasives Karzinom, verbergen. Die Diagnose wird durch Exzision und histopathologische Beurteilung gestellt, gefolgt von einer Einteilung je nach Klassifikationssystem. Die existierenden Klassifikationssysteme sind in ihrer Aussagekraft bezüglich des Progressionsrisikos der verschiedenen Vorläuferläsionen und der daraus resultierenden Behandlungsempfehlung eingeschränkt. Die neue Einteilung der WHO aus dem Jahr 2017 unterscheidet „low-grade“ Dysplasien (ehemals Epithelhyperplasien und leichte Dysplasie) von „high-grade“ Dysplasien (ehemals mäßige- und schwergradige Dysplasien einschließlich des Carcinoma in situ).
In der vorliegenden Arbeit wurden insgesamt 392 Patienten mit laryngealen Vorläuferläsionen aus der Klinik und Poliklinik für Hals-, Nasen- und Ohrenheilkunde des Universitätsklinikums Würzburg untersucht. Es waren insbesondere Männer im Durchschnittsalter von 59,9 Jahren betroffen. Zudem wird ein Raucheranteil von 85,1 % beschrieben.
Im Verlauf entwickelten 57 Patienten (14,5%) ein invasives Karzinom. Mit steigendem Dysplasieschweregrad konnte eine zunehmende Entartungstendenz beobachtet werden. Patienten mit der initialen Diagnose einer Hyper- oder Parakeratose ohne Dysplasie (5,6%) bzw. einer leichtgradigen Dysplasie (8,9%) wiesen ein signifikant geringeres Entartungsrisiko auf als Patienten mit höhergradigen dysplastischen Veränderungen (p<0,001). Mäßiggradige (41%) und schwergradige Dysplasien (43,5%) bzw. Carcinomata in situ (54,5%) wiesen ein vergleichbar hohes Progressionsrisiko auf. Mäßige Dysplasien wurden in bisherigen Arbeiten bezüglich ihres Entartungsrisikos eher unterschätzt und oftmals mit den leichtgradigen Dysplasien in einer Gruppe zusammengefasst. Die aktuell erhobenen Daten weisen jedoch auf ein höher als ursprünglich angenommenes Entartungsrisiko hin, sodass aufgrund des hohen Progressionsrisikos die Aufnahme in die Kategorie der „high-grade“ Dysplasien gerechtfertigt scheint. Es lässt sich zudem beobachten, dass der Zeitraum in dem sich aus einer schwergradigen Dysplasie (45 Wochen) bzw. einem Carcinoma in situ (66,2 Wochen) ein Larynxkarzinom entwickelt, kürzer ist als der der mäßigen Dysplasien (117,1 Woche).
Weitere Studien sind erforderlich, um die neu gewonnen Erkenntnisse zu validieren, das neue Klassifikationssystem der WHO 2017 in die klinische Praxis zu integrieren und ein besseres Verständnis der zugrunde liegenden Pathomechanismen zu entwickeln.
Tumore von Kopf und Hals gehen weiterhin mit einer schlechten Prognose einher. Im Rahmen einer operativen Therapie tritt Wundsekret (WS) aus, welches der Wundheilung dient. Dieses kann in Kontakt mit Tumorzellen bzw. Resttumor in der Wunde kommen.
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die Frage nach dem Einfluss von Wundsekret auf Zellvermehrung, Chemoresistenzentwicklung, den Zellzyklus und die Induktion einer Epithelial-mesenchymalen Transition (EMT) in Tumorzellen von Kopf und Hals gestellt.
Hierfür wurde das WS von Tag1 und das WS von Tag 2 im Dotblot auf seine Zytokinzusammensetzung analysiert. Zwei Tumorzelllinien von Kopf und Hals, FaDu und HlaC78, wurden mit WSTag1 und WSTag2 behandelt und untersucht, welche Effekte das WS auf die Zellen hat.
Verwendet wurden ein Proliferationsassay, eine Zellzyklusuntersuchung und Apoptosetestung mittels FACS, eine PCR, ein Spheroidmodell und die Lichtmikroskopie.
Im WS wurden erhöhte Konzentrationen verschiedener Zytokine, insbesondere von IL-6, nachgewiesen. Gezeigt werden konnte eine gesteigerte Proliferationsrate der Tumorzellen unter WS-Behandlung, jedoch keine veränderte Verteilung der Zellzyklusphasen. In HlaC78-Zellen konnte eine vermehrte Vitalität nach Cisplatinbehandlung nachgewiesen werden. In beiden Tumorzelllinien fand sich eine vermehrte Exprimierung von Snail 1, Snail 2 und Vimentin. E-Cadherin wurde vermindert exprimiert. Twist und N-Cadherin wiesen keine Veränderungen auf. Es zeigte sich eine vermehrte Migration der Tumorzellen in die Umgebung. Die Zellen wiesen nach Behandlung mit WS vermehrt mesenchymale Zeichen auf. Es konnte kein Unterschied der Auswirkungen einer Behandlung mit WSTag1 im Vergleich zu einer Behandlung mit WSTag2 festgestellt werden.
Insgesamt scheint WS in Tumorzellen von Kopf und Hals einen EMT-artigen Prozess in Gang zu setzen, also eine partial EMT (pEMT).
Als mögliche Auslöser dieser Veränderungen kommen die im WS nachgewiesenen Zytokine und v. a. IL-6 in Frage.
Im Jahre 2011 wurden erstmals neuronale Stammzellen (NSCs) im Nucleus Cochlearis (N.C.) der Ratte beschrieben (Rak et al. 2011). Um diese Zellen besser zu charakterisieren, war das Ziel der vorliegenden Arbeit, die NSCs des N.C. im Hinblick auf ihre Maturation und Interaktion in neuronalen Netzwerken sowie auf die Möglichkeiten nichtinvasiver Beeinflussung dieser Zellen zu untersuchen und diese mit primären Neuronen des N.C. zu vergleichen. Für die Untersuchungen waren intrazelluläre Calcium-Ionen (Ca2+) von besonderem Interesse, da diese über spannungsgesteuerte Ca2+-Kanäle (VGCCs) und deren Spontanoszillationen indirekt die Aktivität und Differenzierung der Neurone widerspiegeln könnten.
Für die Analyse wurden N.C.s von P6 Ratten mikroskopisch präpariert und nach Dissoziation in Einzelzellen die NSCs für 8 Wochen in Stammzellmedium kultiviert oder direkt als primäre Neurone im Stammzellmedium ausplattiert.
Zur Vorbereitung der Untersuchungen fand eine Kultivierung der jeweiligen Zellen für 4 Tage in Differenzierungsmedium statt. Anschließend wurden sie für Calcium-Imaging-Messungen mit dem Ca2+-sensitiven Fluorophor Oregon Green BAPTA-1 beladen. Zum einen wurde eine Analyse der Grundaktivitäten innerhalb der Zellareale und im neuronalen Netzwerk im Verlauf der Maturation durchgeführt. Zum anderen fand am Tag 4 der Zelldifferenzierung (DIF d4) eine Untersuchung der qualitativen und quantitativen Verteilung von VGCCs über die Zugabe der Ca2+-Kanalinhibitoren Nifedipin, ω-Conotoxin MVIIC, Kurtoxin und SNX-482 statt. In jedem Fall wurden die Zellen anschließend mit PFA fixiert und immunzytologisch untersucht. Zudem wurde eine Markierung der VGCCs mit dem Antikörper anti-Ca2+-Channel-(1 Subunit)-Pan vorgenommen.
Innerhalb der Ergebnisse konnte eine Abhängigkeit der neuronalen Reifung von der Zellaktivität in Form von Ca2+-Strömen nachgewiesen werden. Hierfür zeigte sich ursächlich eine Variation im qualitativen und quantitativen Vorkommen von VGCCs und in ihrer Spontanaktivität innerhalb der Zellareale im Verlauf der neuronalen Maturation. NSCs zeigten ein ähnliches Verhalten wie primär kultivierte Neurone - sowohl bezüglich ihres Aktivitätsmusters während der Differenzierung als auch bezüglich ihrer Möglichkeit der Inhibierung, was auf eine ähnliche Expression von VGCCs hinweisen könnte. Die höchste Aktivität zeigte sich in beiden Fällen bei DIF d4. Die neurogene Nische, welche in der Literatur sowohl bei Ratten (Rak et al. 2011) als auch bei Mäusen (Volkenstein et al. 2013) im N.C. nachweisbar war, könnte somit zur Analysierung pathologischer Prozesse sowie auch zu deren Behandlung in Betracht gezogen werden.
Zusammenfassend konnte in der vorliegenden Dissertation eine Charakterisierung des N.C. der Hörbahn in elektrophysiologischer und biochemischer Hinsicht erreicht werden. Die Ansätze dieser Arbeit könnten in Zukunft zu Therapieoptionen der Hörrehabilitation auf dieser Ebene beitragen.
Neuronale Stammzellen wurden kürzlich im unteren Colliculus inferior (CI) identifiziert. Diese Zellen sind von besonderem Interesse, da es keine therapeutischen Optionen für geschädigte neuronale Strukturen gibt. Ziel dieses Forschungsprojekts ist es, das neurogene Potenzial im CI der Ratte von den ersten postnatalen Tagen bis zum Erwachsenenalter zu untersuchen. Der CI von Ratten vom 6. bis zum 48. postnatalen Tag wurde mit Neurosphären-Assays und histologischen Schnitten untersucht. In frei schwimmenden CI-Zellkulturen bildeten sich Neurosphären bei Tieren vom frühen postnatalen Alter bis zum Erwachsenenalter. Die Menge der gebildeten Neurosphären nahm im höheren Alter ab und stieg mit der Anzahl der Zelllinienpassagen. Die Zellen in den Neurosphären und die histologischen Schnitte zeigten eine positive Färbung mit neuronalen Stammzell-Markern (Doublecortin, Sox-2, Musashi-1, Nestin und Atoh1). Dissoziierte Einzelzellen aus den Neurosphären differenzierten und wurden positiv für die neuralen Abstammungsmarker β-III-Tubulin, GFAP und MBP angefärbt. Darüber hinaus wurden neuronalen Stammzell-Marker (Doublecortin, Sox-2, CDK5R1 und Ascl-1) mittels qRT-PCR untersucht. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass ein neurogenes Potenzial im CI der Ratte von den frühen postnatalen Tagen bis zum Erwachsenenalter nachgewiesen und bewertet wurde. Die Identifizierung von neuronalen Stammzellen im CI der Ratte und ihre altersspezifischen Merkmale tragen zu einem besseren Verständnis der Entwicklung und der Plastizität der Hörbahn bei und könnten für eine therapeutische Nutzung aktiviert werden.
Vorliegende Arbeit beschäftigte sich mit der Verbesserung von Defiziten der elektrischen Stimulation durch Cochlea Implantate (CI) mit alternativen Pulsformen. Dabei wurde mit elektrophysiologischen und psychophysikalischen Methoden untersucht, wie sich die Pulsformen auf die Effektivität der Stimulation auswirken. Es wurden präzisions-triphasische Pulse (pTP) mit anodischer und kathodischer zweiter Phase anhand der Daten von elf Probanden untersucht.
Im Rahmen der objektiven elektrophysiologischen Messung wurde mit den unterschiedlichen Formen des pTP an drei unterschiedlichen Kontaktpositionen auf den CI-Elektrodenträgern stimuliert, und die Stärke der jeweils evozierten neuronalen Antwort aufgezeichnet. Der subjektive psychophysikalische Test diente dazu, die pulsformspezifischen Hörschwellen zu bestimmen und wurde an zwei unterschiedlichen Kontakten auf den CI-Elektrodenträgern durchgeführt.
Dabei erzielten pTP, welche eine symmetrisch-triphasische Pulsform aufwiesen, geringere neuronale Antwortstärken und höhere Hörschwellen als die pTP, die einer biphasischen Pulsform glichen. Diejenigen pTP, die biphasischen Pulsen mit anodischer erster Phase glichen, erzielten dabei die höchsten neuronalen Antwortstärken und die niedrigsten Hörschwellen.
Entwicklung optimierter Ankopplungsbedingungen von aktiven Mittelohrimplantaten am runden Fenster
(2022)
Seit Mitte der 90er-Jahre gewinnen aktive Mittelohrimplantate wie die Vibrant sound bridge (VSB) zunehmend an Bedeutung. Sie können zur Rehabilitation von Schallleitungs- und Schallempfindungsstörungen, sowie kombinierter Hörstörungen indiziert sein. Die Vibrant sound bridge stellt eine Alternative für Patienten dar, bei denen aus verschiedenen Gründen eine Unverträglichkeit gegenüber herkömmlichen Hörgeräten besteht. Bei der Implantation des Floating mass transducers (FMT) am runden Fenster zeigte sich in der Klinik neben einer hohen Revisionsrate von bis zu 15,6 % eine hohe Varianz der audiologischen Ergebnisse, was auf eine unkontrollierte und mangelnde Ankopplung des Floating mass transducers an das runde Fenster zurückzuführen ist. Erste Ergebnisse der kontrollierten Ankopplung am runden Fenster mit einem Kamin zeigten vielversprechende Ergebnisse. Die suffiziente Fixation des Kamins an der Rundfensternische stellt eine Herausforderung dar. Es bedarf eines Haftvermittlers, der eine suffiziente Verbindung zwischen dem Titankamin und dem darunter befindlichen Knochen am runden Fenster herstellt. Ziel der Dissertation war die Findung einer geeigneten Haftkomponente zur Fixation des Kamins am runden Fenster. Es wurden der Calciumphosphatzement HydroSet® (Fa. Stryker) und der Glasionomerzement Ketac™ Cem (Fa. ESPE 3M™ Deutschland) untersucht. In Anlehnung an DIN 13990-2 wurden nach Einwirkung physikalischen Stresses in Form von Temperatur und Feuchtigkeit die Scherhaftfestigkeit der Titanzylinder an humanen Felsenbeinknochen gemessen. Es zeigte sich eine schwach signifikant bessere Haftung für das Calciumphosphatzement HydroSet®, bei insgesamt geringer Scherhaftfestigkeit beider Zemente im Vergleich mit anderen zahnheilkundlichen Adhäsiven der Literatur.
Zinkoxid-Nanopartikel (ZnO-NP) finden in vielen Produkten des täglichen Verbrauchs Verwendung. Daten über die toxikologischen Eigenschaften von ZnO-NP werden kontrovers diskutiert. Die menschliche Haut ist in Bezug auf die ZnO-NP Exposition das wichtigste Kontakt-Organ. Intakte Haut stellt eine suffiziente Barriere gegenüber NP dar. Bei defekter Haut ist ein Kontakt zu den proliferierenden Stammzellen möglich, sodass diese als wichtiges toxikologische Ziel für NP darstellen. Das Ziel dieser Dissertation war die Bewertung der genotoxischen und zytotoxischen Effekte an humanen mesenchymalen Stammzellen (hMSC) durch niedrig dosierte ZnO-NP nach 24 stündiger Exposition, repetitiven Expositionen und im Langzeitversuch bis zu 6 Wochen. Zytotoxische Wirkungen von ZnO-NP wurden mit 3-(4,5-Dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazoliumbromid-Test (MTT) gemessen. Darüber hinaus wurde die Genotoxizität durch den Comet-Assay bewertet. Zur Langzeitbeobachtung bis zu 6 Wochen wurde die Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) verwendet. Zytotoxizität nach 24-stündiger ZnO-NP-Exposition war ab einer Konzentration von 50 µg/ml nachweisbar. Genotoxizität konnten bereits bei Konzentrationen von 1 und 10 µg/ml ZnO-NP beschrieben werden. Wiederholte Exposition verstärkte die Zyto-, aber nicht die Genotoxizität. Eine intrazelluläre NP-Akkumulation mit Penetration der Zellorganelle wurde bei einer Exposition bis zu 6 Wochen beobachtet. Die Ergebnisse deuten auf zytotoxische und genotoxisches Effekte von ZnO-NP hin. Bereits geringe Dosen von ZnO-NP können bei wiederholter Exposition toxische Wirkungen hervorrufen sowie eine langfristige Zellakkumulation. Diese Daten sollten bei der Verwendung von ZnO-NP an geschädigter Haut berücksichtigt werden.
In deafness, which is caused by the malfunctioning of the inner ear, an implantation of a cochlear implant (CI) is able to restore hearing. The CI is a neural prosthesis that is located within the cochlea. It replaces the function of the inner hair cells by direct electrical stimulation of the auditory nerve fibers. The CI enables many deaf or severe hearing-impaired people to achieve a good speech perception. Nevertheless, there is a lot of potential for further improvements. Compared to normal-hearing listeners rate pitch discrimination is much worse. Rate pitch discrimination is the ability to distinguish the pitch of two stimuli with two different pulse rates. This ability is important for enjoying music as well as speech perception (in noise). Further, the small dynamic range in electrical hearing (compared to normal-hearing listeners) and therefore the small intensity resolution limits the performance of CI users. Both, rate pitch coding and dynamic range were investigated in this doctoral thesis.
For the first issue, a pitch discrimination task was designed to determine the just-noticeable-difference (JND) in pitch with 200 and 400 pps as reference. Additionally to the default biphasic pulse (single pulse) the experiment was performed with double pulses. The double pulse consists out of two biphasic pulses directly after each other and a small interpulse interval (IPI) in between. Three different IPIs (15, 50, and 150 µs) were tested. The statistical analysis of JNDs revealed no significant effects between stimulation with single-pulse or double-pulse trains.
A follow-up study investigated an alternating pulse train consisting of single and double pulses. To investigate if the 400 pps alternating pulse train is comparable in pitch with the 400 pps single-pulse train, a pairwise pitch comparison test was conducted. The alternating pulse train was compared with single-pulse trains at 200, 300 and 400 pps. The results showed that the alternating pulse train is for most subjects similar in pitch with the 200 pps single-pulse train. Therefore, pitch perception seemed to be dominated by the double pulses within the pulse train.
Accordingly, double pulses with different amplitudes were tested. Based on the facilitation effect, a larger neuronal response was expected by stimulating with two pulses with a short IPI within the temporal facilitation range. In other studies, this effect was shown to be maximal in CIs of the manufacturer Cochlear, with first pulse amplitudes set at or slightly below the electrically evoked compound action potential (ECAP) threshold. The second pulse amplitude did not influence the facilitation effect and therefore could be choose at will. Similarly, this effect was tested in this thesis with CIs of the manufacturer MED-EL. Nevertheless, to achieve a proper signal-to-noise ratio, technical issues had to be addressed like a high noise floor, resulting in incorrect determination of the ECAP threshold. After solving this issues, the maximum facilitation effect was around the ECAP threshold as in the previous study with Cochlear. For future studies this effect could be used in a modified double pulse rate pitch experiment with the first pulse amplitude at ECAP threshold and the second pulse amplitude variable to set the most comfortable loudness level (MCL).
The last study within this thesis investigated the loudness perception at two different loudness levels and the resulting dynamic range for different interphase-gaps (IPG). A larger IPG can reduce the amplitude at same loudness level to save battery power. However, it was unknown if the IPG has an influence on the dynamic range. Different IPGs (10 and 30 µs) were compared with the default IPG (2.1 µs) in a loudness matching experiment. The experiment was performed at the most comfortable loudness level (MCL) of the subject and the amplitude of half the dynamic range (50%-ADR). An upper dynamic range was calculated from the results of MCL and 50%-ADR (therefore not the whole dynamic range was covered). As expected from previous studies a larger IPG resulted in smaller amplitudes. However, the observed effect was larger at MCL than at 50%-ADR which resulted in a smaller upper dynamic range. This is the first time a decrease of this dynamic range was shown.
Einleitung: Die sog. Direct-Drive-Simulation (DDS) bietet Patienten präoperativ eine Klangsimulation des "Vibrant Soundbridge®-Hörens". Ein Floating-Mass-Transducer (FMT) wird auf das Trommelfell oder die rekonstruierte Paukenabdeckung aufgesetzt, worüber den Patienten Testsignale dargeboten werden. Ziel der Arbeit war die Evaluation einer Weiterentwicklung des Tests hin zur DDS-Tonaudiometrie und DDS-Sprachaudiometrie. Bei Bestätigung der ersten Hypothese, soll darüber hinaus geprüft werden, ob eine Hirnstammaudiometrie (BERA) über den DDS durchgeführt werden kann. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es Referenzdaten an einer Population Normalhörender zu generieren. Zusammenfassung: Sowohl die DDS-Ton- und Sprachaudiometrie als auch die Ableitung einer BERA über den DDS-FMT sind möglich. Mit der DDS-BERA besteht nun erstmals die Möglichkeit eines objektiven DDS-Tests präoperativ. Die notwendige Einschätzung der Ankopplungsqualität zur korrekten Interpretation der DDS-BERA lässt sich elegant mit Hilfe der DDS-Tonaudiometrie ermitteln.
Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Untersuchung einer Kohorte erwachsener Patienten mit einseitiger Taubheit (single-sided deafness SSD), die ein Cochlea-Implantat erhalten haben. Es sollten Faktoren ermittelt werden, die es ermöglichen, eine Voraussage über die spätere Hörleistung mit Cochlea Implantat treffen zu können.
Der Beobachtungszeitraum umfasste die Jahre 2009 - 2016. Das Patientenkollektiv bestand aus 55 einseitig ertaubten Erwachsenen. Die Sprachverständlichkeit wurde mit dem Freiburger Zahlentest bei 65 dB SPL, dem Freiburger Einsilbertest bei 65 dB SPL und 80 dB SPL, sowie dem HSM-Satztest ohne Störgeräusch bei 65 dB SPL getestet. Es hat sich gezeigt, dass mit steigender Hörerfahrung mit einer Verbesserung der Hörkompetenz zu rechnen ist. Im untersuchten Patientenkollektiv schnitten Patienten mit der Kombination aus einer langen Ertaubungsdauer und einer entzündlichen Ätiologie signifikant schlechter ab als die Vergleichsgruppe.
Die chronische Rhinosinusitis (CRS) ist eine entzündliche Erkrankung der Nase und Nasennebenhöhlen mit einem Bestehen von Symptomen über zwölf Wochen im Jahr. In Europa sind über 10% der erwachsenen Bevölkerung von ihr betroffen und leiden unter einer stark verminderten Lebensqualität. Nach dem Phänotyp lassen sich zwei Formen unterscheiden: die chronische Rhinosinusitis mit Polypen (CRScNP) und ohne Polypen (CRSsNP). Meist wird unter europäischen Probanden bei der CRScNP eine hauptsächlich eosinophile Th2- vermittelte und bei der CRSsNP ein gemischtes Profil aus Th1/Th17/Th2-vermittelter Entzündung beschrieben. Doch dies erfasst nicht die Vielfalt dieser Erkrankung. Erst kürzlich konnten Endotypen, basierend auf der Zytokinsekretion, identifiziert werden, die auf ein multifaktorielles Geschehen schließen lassen. Nachdem im Nasensekret von über 90% der CRS Patienten Pilze nachgewiesen werden konnten erscheint es wichtig, deren Rolle in der Pathogenese der CRS zu ergründen. Besonders interessant sind dabei Aspergillus fumigatus und Candida albicans. Als opportunistische Pilze könnten sie im Rahmen der CRS in der Lage sein bei einigen Endotypen durch eine verstärkte Aktivierung von Immunzellen die lokale Entzündungsreaktion aufrecht zu erhalten. Es wurden lokale und periphere CD4+ und CD8+ T-Zellen von Patienten mit CRScNP, CRSsNP und einer gesunden Kontrollgruppe isoliert. Eine Kultivierung mit den Antigenen von C. albicans und A. fumigatus erfolgte in einer Konzentration von 1 µg/ml über 6 Tage. Im Anschluss daran wurden die Zellen für das Durchflusszytometer angefärbt und ihre Aktivität über die Ki67+ Expression gemessen. In den Überständen der Kultivierung wurde durch das Durchflusszytometer mittels Multiplexassay die produzierten Zytokinkonzentrationen der Zellen bestimmt. In dieser Arbeit konnte eine Stimulierung der lokalen und peripheren T-Zellen durch die beiden Antigene gezeigt werden...
Leukoplakien der Stimmlippe können verschiedene histopathologische Diagnosen wie beispielsweise Hyper- oder Parakeratosen, dysplastische Prozesse oder invasive Karzinome des Epithels zugrunde liegen.
Bisher werden klinisch detektierte Leukoplakien nach Probeexzision und histologischer Aufarbeitung anhand verschiedener histomorphologischer Klassifikationssysteme, wie zum Beispiel dem System der WHO oder dem „Ljubljana classification“-System, eingeordnet.
Hinsichtlich der Aussagekraft in Bezug auf die Prognose einer Entwicklung eines invasiven Plattenepithelkarzinoms sind die genannten Systeme jedoch eingeschränkt.
In der Raman-Spektroskopie wird das zu untersuchende Gewebe mit einem Laser bestrahlt. Die beim Durchdringen des Materials entstehende Raman-Streuung ist charakteristisch für verschiedene Moleküle und Bindungen. So kann mithilfe dieser Methodik auf die molekularbiologische Zusammensetzung des Gewebes geschlossen werden.
In dieser Arbeit wurde die Klassifikation verschiedener Dysplasiegrade des Stimmlippenepithels mittels Spektraldaten aus der Raman-Spektroskopie nachvollzogen und erörtert, ob aus den gewonnenen Informationen auf das Risiko der Entstehung eines invasiven Plattenepithelkarzinoms geschlossen werden kann.
Durch den Vergleich der Mittelwertspektren dysplasiefreier, dysplastischer und maligne entarteter Gewebeproben sowie der Methodik einer Hauptkomponentenanalyse kann auf eine unterschiedliche Zusammensetzung der Studiengruppen an Bestandteilen der DNA, Proteine, Lipide und Kohlenhydrate geschlossen werden.
Unter Verwendung einer linearen Diskriminanzanalyse wurden Modelle erstellt, um die Klassifizierbarkeit der verschiedenen Studiengruppen nachzuvollziehen. Außerdem wurden die Modelle auf die Aussagekraft einer Prognose hinsichtlich einer möglichen Karzinomentwicklung überprüft.
Durch diese Modelle können gute Differenzbarkeiten durch die Spektraldaten der einzelnen Studiengruppen untereinander erreicht werden. Zudem kann mit hoher Spezifität, Sensitivität und Genauigkeit prognostiziert werden, ob sich beim jeweiligen Patienten ein invasives Plattenepithelkarzinom der Stimmlippe entwickeln wird.
Um die erlangten Erkenntnisse zu validieren und das Verfahren in den klinischen Alltag zu integrieren, bedarf es jedoch prospektiver Studien.
The goal of this doctoral thesis is to identify appropriate methods for the estimation of connectivity and for measuring synchrony between spike trains from in vitro neuronal networks. Special focus is set on the parameter optimization, the suitability for massively parallel spike trains, and the consideration of the characteristics of real
recordings. Two new methods were developed in the course of the optimization which outperformed other methods from the literature. The first method “Total spiking probability edges” (TSPE) estimates the effective connectivity of two spike trains, based on the
cross-correlation and a subsequent analysis of the cross-correlogram. In addition to the estimation of the synaptic weight, a distinction between excitatory and inhibitory connections is possible. Compared to other methods, simulated neuronal networks could be estimated with higher accuracy, while being suitable for the analysis of massively parallel spike trains. The second method “Spike-contrast” measures the synchrony of parallel spike trains
with the advantage of automatically optimizing its time scale to the data. In contrast to other methods, which also adapt to the characteristics of the data, Spike-contrast is more robust to erroneous spike trains and significantly faster for large amounts of parallel spike trains. Moreover, a synchrony curve as a function of the time scale is generated by Spike-contrast. This optimization curve is a novel feature for the analysis of parallel spike trains.
Patienten mit leicht bis hochgradigen Schallleitungs-, Schallempfindungs- und kombinierten Schwerhörigkeiten werden routinemäßig nach erfolglosem Hörgerätetrageversuch mit aktiven Mittelohrimplantaten versorgt. Aktive Mittelohrimplantate können an verschiedene Strukturen des Mittelohrs angekoppelt werden. Der Ort der Ankopplung ist abhängig vom Hörverlust und der individuellen Physiologie des Mittelohres. Die Hörverbesserung ist dabei stark von der Kopplungseffizienz des Implantatwandlers an die Mittelohrstruktur abhängig.
Aktuell gibt es keine zufriedenstellende Möglichkeit die Kopplungseffizienz intraoperativ zu bestimmen. Daher wird eine objektive Methode eingeführt, um intraoperativ auditorische Hirnstammantworten (BERAs) bei Stimulation über das Implantat abzuleiten. Die Vibrant Soundbrigde® (VSB) wird dabei mit einem Drahtlosüberträger (miniTEK, Signia GmbH, Erlangen) und der Carina®-Aktuator über ein Audiokabel mit der BERA-Anlage verbunden. Die BERA-Anlage überträgt die Stimuli direkt an das Implantat, welches an die Mittelohrstruktur angekoppelt ist. Die BERA-Antworten werden bei der VSB durch einen optimierten VSB-CE-Chirp und beim Carina®-System durch den Standard CE-Chirp evoziert, beginnend bei Pegeln oberhalb der Knochenleitungshörschwelle bis unter die Registrierungsschwelle. Diese Methode kann die intraoperative Integrität des Implantats sowie die Kopplungseffizienz bestimmen, um eine Aussage über den zu erwartenden Hörerfolg treffen zu können. Darüber hinaus kann die versorgte Hörschwelle verwendet werden, um die Anpassung bei Kindern oder schwierigen Fällen zu unterstützen und um eine Hörverschlechterung über die Zeit zu erfassen.
Zusammenfassend, konnte eine Methode zur Bestimmung der intraoperativen Kopplungseffizienz während der Implantation von VSBs und Carinas® etabliert werden. Darüber hinaus werden intraoperative BERA-Daten von 30 VSB- und 10-Carina®-Patienten sowie deren Hörergebnisse gezeigt.
Pulssynchrone Ohrgeräusche – Befunderhebung bei einer standardisiert untersuchten Patientengruppe
(2021)
Die Arbeit umfasst die Auswertung der klinischen Daten von 108 konsekutiv am Kopf- und Schädelbasis-Zentrum, Klinikum Fulda, zwischen Juli 2013 und September 2015 nachuntersuchten Patienten mit pulssynchronen Ohrgeräuschen. Die Patienten waren gemäß eines einheitlichen, strukturierten und routinemäßigen Diagnose- und Behandlungspfads untersucht worden. Die notwendige Bildgebung umfasste die Computertomographie, die Magnetresonanztomographie sowie die Magnetresonanzangiographie und die Sonographie der Halsgefäße. Eine digitale Subtraktionsangiographie wurde nach strenger Indikationsstellung in ausgewählten Fällen vorgenommen. Ziel war es, zugrundeliegende Ursachen und Diagnosen für das Symptom pulssynchrones Ohrgeräusch festzumachen. Die erhobenen Befunde wurden je nach Plausibilitätsgrad in 4 Gruppen klassifiziert: eindeutig, wahrscheinlich, plausibel, und unklar. Zusätzlich erfolgte die Auswertung der angewandten therapeutischen Behandlungsansätze und ihrer Ergebnisse.
Die häufigsten Ursachen waren ein hochstehender Bulbus der Vena jugularis interna mit 19%, eine Schleife der Arteria cerebelli inferior anterior im inneren Gehörgang mit 15% gefolgt von einer arteriovenösen Fistel mit 10% und Gefäßstenosen mit 9%. Bei ca. 30% unseres Patientenkollektivs konnte keine Quelle für das pulsierende Ohrgeräusch eruiert werden. Bei 29% der Patienten konnte die Ursache als eindeutig klassifiziert werden, bei 25% als plausible Ursache und bei 17% als wahrscheinlich. Bei den insgesamt 14 Patienten, die entweder eine konservative oder eine interventionell/chirurgische Behandlung erhielten, kam es bei 71% zu einer Beseitigung des Ohrgeräusches. 5 von 7 Patienten mit einer a.v. Fistel waren, nach einer erfolgreichen endovaskulären Intervention, postoperativ beschwerdefrei. Eine angioplastische Intervention mittels Stenting führte bei zwei Patienten mit einer ACI Stenose (>70%) zur Beseitigung des Ohrgeräusches. Jeweils ein Patient profitierte von der Behandlung einer Bogengangsdehiszenz, einer intrakraniellen Hypertension sowie einer chirurgischen Sanierung eines Paraganglioms, nach vorgegangener endovaskulärer Embolisation, mit der daraus resultierenden Auslöschung des Ohrgeräusches. Bei den restlichen Patienten persistierte es trotz Behandlung.
Ein pulssynchrones Ohrgeräusch hat viele äußerst unterschiedliche Ursachen. Für eine sachgerechte Evaluation und adäquate Behandlung von Patienten mit pulssynchronem Ohrgeräusch ist eine enge multidisziplinäre Zusammenarbeit unabdingbar. Eine eindeutige Diagnose kann oft nur gestellt werden, wenn alle klinischen sowie alle bildmorphologischen Befunde, die auf einem einheitlichen, routinemäßigen Untersuchungsprotokoll basieren, zusammengetragen und kritisch abgestimmt werden.