Dehnungsmessstreifen
Abbildung 1: Detailaufnahme eines Dehnungsmessstreifens zur Aufnahme der Trommelfellbewegungen.

Tubenfunktionsmessungen und Überwachung der Wundheilung im Mittelohr

Fast alle entzündlichen Krankheiten des Mittelohrs werden einer Dysfunktion der Eustachischen Röhre zugeschrieben, welche den Druckausgleich zwischen Mittelohr und Umgebungsdruck, sowie die Drainage des Mittelohrsekrets übernimmt. Gegenwärtig existiert keine Methode, die Funktionsfähigkeit der Tube unter physiologischen Bedingungen zu prüfen. Es wird an einer neuen Methode zur Messung der Tubenfunktion gearbeitet, bei der die nach innen oder außen gerichteten Trommelfellbewegungen, welche durch den Druckausgleich der Tube erzeugt werden, zur Analyse dienen. Diese Bewegungen werden mit Hilfe eines speziellen Dehnungsmessstreifens (Abbildung 1) erfasst und erzeugen charakteristische Signale bei Tubenöffnungen.

Weiterhin erfordert die Heilung einer chronischen Mittelohrentzündung häufig eine Operation mit eventueller Wiederherstellung der Kette der Gehörknöchelchen sowie des Trommelfells. Für das anschließende Ausheilen ist ein ca. dreiwöchiger Verschluss des Gehörgangs notwendig, so dass eine visuelle Kontrolle des Heilungsverlaufs unmöglich ist. Um eventuellen Komplikationen frühzeitig zu begegnen, ist eine alternative Überwachung wünschenswert. Diese kann durch eine impedanzspektroskopische Analyse erfolgen, welche die Unterscheidung zwischen unterschiedlichen Gewebearten und ihrem physiologischen sowie pathologischen Zustand erlaubt.

Ziel des Projektes ist es, Dehnungsmessstreifen und Elektrode für die Impedanzspektroskopie auf einer dünnen Folie zu vereinen, ihre Messfunktion von Tubenaktivität und Wundheilungsverlauf zu charakterisieren und ein Analysesystem für die mobile Anwendung aufzubauen. Die Folie soll nach einer Operation auf das Trommelfell aufgelegt werden, um Heilungsverlauf und Tubenfunktion zu überwachen. Außerdem kann die Langzeitmessung der Tubenfunktion dazu dienen, die Eignung von Berufspiloten und –tauchern zu überprüfen oder eine das Mittelohr betreffende Operationsmethode preoperativ an die Tubenfunktionsfähigkeit anzupassen.

Der Dehnungsmessstreifen wird durch Lithografie- und nasschemische Ätzprozesse auf einer mit Konstantan beschichteten hochflexiblen PET-Trägerfolie hergestellt. Eine hohe Flexibilität ist erforderlich, damit das Auflegen auf das hochempfindliche Trommelfell schmerzfrei bleibt. Die Isolation der Sensormetallisierung wird durch eine dünn aufgeschleuderte Schicht Silikon erreicht. Das Design des Dehnungsmessstreifens berücksichtigt die Anatomie des Trommelfells. Die Vereinzelung erfolgt durch Laserschnitt, welcher in Kooperation mit der Fa. Sartorius, Hamburg, erfolgt. Die Integration der Elektrode ist auf der Rückseite der Folie vorgesehen.

Wunden heilen, wenn die Heilungsmechanismen des Körpers intakt sind, in einem komplexen chemisch-elektrischen Prozess ab. Der elektrische Anteil an der Wundheilung wird durch die Potentialdifferenz ermöglicht, welche durch die Epidermis durch selektives Ionenpumpen aufrechterhalten wird. Wird das Epithel verwundet, so wird dieses transepithele Potential (TEP) kurzgeschlossen, es stellt sich ein Ionenstrom und gleichzeitig ein elektrisches Feld ein.
Unterschiedliche Versuche haben gezeigt, dass das wundinduzierte elektrische Feld essentiell für die Heilung der Wunde ist und die gerichtete Wundheilung dirigiert, bis die Wunde reepithelisiert und somit den Ionenstrom unterbricht, der das TEP kurzschließt.
Zahlreiche Versuche an Tiermodellen und auch klinische Studien zeigen, dass die elektrische Stimulation mit einer Vielzahl von gepulsten und ungepulsten Profilen die Heilung von Hautwunden verschiedener Zustände anregt.

Unser Ziel ist es, die Wundheilung nach operativen Eingriffen am Trommelfell zu unterstützen, welche häufig bei chronischen Mittelohrerkrankungen notwendig werden. Für diesen Zweck wurden flexible, biokompatible Elektroden entwickelt und - geometrisch entsprechend angepasst - in Vorversuchen am Zellmodell auf ihre Anwendbarkeit und Eignung für den Einsatz am Trommelfell untersucht.

Es konnte die Wirksamkeit der Stimulation mit den hergestellten Elektroden sowie ihre Biokompatibilität gezeigt werden. Die Zellen richten sowohl den Zellkörper als auch die Ebene der Zellteilung im Feld aus. Weiterhin konnte eine Polarisation der Zellen (die Akkumulation von F-Aktin an der der Kathode zugewandten Seite) nachgewiesen werden.

Diese Ergebnisse liefern erste Anhaltspunkte für die Möglichkeit einer in vivo Stimulation der Wundheilung am Trommelfell.

Abbildung 2: Fluoreszenzgefärbte Zellen mit einer in der Teilung begriffenen Zelle. Blau: DNA der Zellkerne, Grün: Tubulin des Zellkörpers und der Mitosespindeln.

Kontakt:

Wiebke Saß

Förderung:

Gefördert durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)