Innenohrforschung

Forschungsschwerpunkte:

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Forschungstätigkeiten am HNO Labor erschließen neues Wissen in Ultrastruktur, molekularen Aufbau und Embryonalentwicklung des menschlichen Innenohres, um die Entstehung und Funktionsweise unseres Hörorgans besser zu verstehen. Ein steter Vergleich mit Tiermodellen ist uns wichtig, um nicht nur neue Therapien für Mäuse zu entwickeln. Mit Zell- und Organkulturen sollen Tierversuche reduziert werden. Für neue pharmakologische Wege ins Innenohr werden zell-gerichtete Nanopartikel getestet, um dieses isolierte Organ für eine Behandlung mit Medikamente zu öffnen.

Ultrastruktur des Innenohres:

Bild 1 Rezeptorapparat im menschlichen Innenohr: Haarsinneszellen (violett, orange) sitzen auf einer elastischen Membran, die durch Schall bewegt wird. Zusammen mit den verschiedenen Stützzellen (blau, grün) blicken wir auf ein komplexes Sinnesepithel, das die Hörwahrnehmung bis an die physikalischen Grenzen treibt. Die äußeren Haarsinneszellen (orange) sind über ein dichtes Nervenfasergeflecht (pink) unter der Kontrolle des Zentralnervensystems und verstärken und schärfen bestimmte Frequenzen durch aktive Bewegung. Rasterelektronenmikroskopie Kristian Pfaller, Anatomie Innsbruck.  

Innenohrentwicklung:

Bild 2 Histologischer Schnitt durch ein menschliches Hörorgan in der 12. Schwangerschaftswoche: In der rechten Bildhälfte sind die entstehenden Hohlräume der Cochlea zu sichtbar, die linke Bildhälfte ist dominiert vom Gleichgewichtsapparat. Dieses Labyrinth von Hohlräumen ist von Knorpelgeweben umgeben. Die intensivste Färbung findest sich bei Sinnesepithelien und Nervenzellen/Nervenfasern.

Bild 3 Histologischer Schnitt durch das menschliche Hörorgan eines Erwachsenen: Die Nervenfasern bündeln sich zum Hörnerv, alle mit Flüssigkeit gefüllten Hohlräume sind ausgebildet. Das Knorpelgewebe ist durch einen besonders harten Knochen ersetzt worden.  

Hörnerv Regeneration:

Ein weiterer Fokus unserer Forschung betrifft die Regenerationsfähigkeit des Hörnervs mit Wachstumsfaktoren zu stimulieren, um so das Interface zwischen Cochlea Implantat und Hörnerv zu verbessern.

Bild 4 Auswachsende Nervenfasern von Spiralganglienzellen aus dem Innenohr. Wachstumsfaktoren sind hier ganz entscheidend, damit ein dichtes Netzwerk aus Nervenfasern auswächst (PhD Arbeit Innenohrlabor, Dominik Schmidbauer).

Computer Simulationsmodelle

Modellierungen sind ein wichtige Werkzeuge für unsere Gruppe und Forschungspartner, Erkenntnisse über die elektrische Stimulationen des menschlichen Hörnervs in mathematische Modelle zu gießen und Stimulationsalgorithmen zu verbessern.

Bild 5 Das linke Bild zeigt die Rekonstruktion einer hochauflösenden Computertomographie eines menschlichen Innenohres (Dr. Stefan Handschuh, Veterinärmedizin Wien), das linke Bild ein daraus entwickeltes Computermodell mit einer Cochlea Implantat Elektrode in Grün (PhD Arbeit Innenohrlabor, Amirreza Heshmat). Mit solchen Modellen kann die Stromausbreitung simuliert werden, um neue Stimulationsmuster zu testen.

Bild 6 Innenohrstrukturen und Flüssigkeitsräume im menschlichen Innenohr: Auf Grundlage von hochauflösenden Computertomographien können Strukturen und die komplexen Hohlräume präzise vermessen werden, um so exakte Modelle für Computersimulationen zu entwickeln.

Altersbedingte Schwerhörigkeit ist ein großes Problem in unserer Gesellschaft, dem wir uns in mehreren Forschungsprojekten widmen, um Ursachen und Auswirkungen zu ergründen.

An der Entwicklung neuer Gleichgewichtsimplantate und Verbesserung von Cochlea Implantaten sind wir mit unserem Forschungspartner MedEL vorne dabei. Mit unserer Expertise in Mikroanatomie und bildgebenden Techniken von menschlichen Innenohren zeigt unsere Forschung wie neue Implantat Prototypen im Innenohr verträglich sind.

Aktuelle/ausgewählte Publikationen:

• Schmidbauer D, Fink S, Rousset F, Lowenheim H, Senn P, Glueckert R. Closing the Gap between the Auditory Nerve and Cochlear Implant Electrodes: Which Neurotrophin Cocktail Performs Best for Axonal Outgrowth and Is Electrical Stimulation Beneficial? Int J Mol Sci. 2023;24(3).
• Schmutzhard J, Bader W, Gottfried T, Dejaco D, Gluckert R, Dudas J, Schrott-Fischer A. The effects of mild hypothermia on the electrode insertion trauma in a murine whole organ cochlea culture. Frontiers in neuroscience. 2023;17:1112243.
• Croner AM, Heshmat A, Schrott-Fischer A, Glueckert R, Hemmert W, Bai S. Effects of Degrees of Degeneration on the Electrical Excitation of Human Spiral Ganglion Neurons Based on a High-Resolution Computer Model. Frontiers in neuroscience. 2022;16:914876.
• Hausott B, Glueckert R, Schrott-Fischer A, Klimaschewski L. Signal Transduction Regulators in Axonal Regeneration. Cells. 2022;11(9).
• Rousset F, Schmidbauer D, Fink S, Adel Y, Obexer B, Muller M, Glueckert R, Lowenheim H, Senn P. Phoenix auditory neurons as 3R cell model for high throughput screening of neurogenic compounds. Hearing research. 2022;414:108391.
• Steinacher C, Chacko LJ, Liu W, Rask-Andersen H, Bader W, Dudas J, Sergi CM, Dhanaseelan T, Moreno N, Glueckert R, Hoermann R, Schrott-Fischer A. Visualization of macrophage subsets in the development of the fetal human inner ear. Front Immunol. 2022;13:965196.
• Yildiz E, Gerlitz M, Gadenstaetter AJ, Landegger LD, Nieratschker M, Schum D, Schmied M, Haase A, Kanz F, Kramer AM, Glueckert R, Staecker H, Honeder C, Arnoldner C. Single-incision cochlear implantation and hearing evaluation in piglets and minipigs. Hearing research. 2022;426:108644.
• Heshmat A, Sajedi S, Schrott-Fischer A, Rattay F. Polarity Sensitivity of Human Auditory Nerve Fibers Based on Pulse Shape, Cochlear Implant Stimulation Strategy and Array. Frontiers in neuroscience. 2021;15:751599.
• Liu W, Danckwardt-Lilliestrom N, Schrott-Fischer A, Glueckert R, Rask-Andersen H. Distribution of Immune Cells Including Macrophages in the Human Cochlea. Front Neurol. 2021;12:781702.
• Liu W, Luque M, Li H, Schrott-Fischer A, Glueckert R, Tylstedt S, Rajan G, Ladak H, Agrawal S, Rask-Andersen H. Spike Generators and Cell Signaling in the Human Auditory Nerve: An Ultrastructural, Super-Resolution, and Gene Hybridization Study. Front Cell Neurosci. 2021;15:642211.
• Luque M, Glueckert R. Sequential Indirect Dual Immunohistochemistry with Primary Rabbit Antibodies on Cochlear Sections Using an Intermediate Heat-Denaturation Step. Curr Protoc. 2021;1(9):e239.
• Luque M, Schrott-Fischer A, Dudas J, Pechriggl E, Brenner E, Rask-Andersen H, Liu W, Glueckert R. HCN channels in the mammalian cochlea: Expression pattern, subcellular location, and age-dependent changes. J Neurosci Res. 2021;99(2):699-728.
• Rousset F, Schmidbauer D, Fink S, Adel Y, Obexer B, Muller M, Glueckert R, Lowenheim H, Senn P. Phoenix auditory neurons as 3R cell model for high throughput screening of neurogenic compounds. Hearing research. 2021;414:108391.
• Schmidbauer D, Fink S, Rousset F, Senn P, Muller M, Adel Y, Glueckert R. ExplantAnalyzer: An advanced automated neurite outgrowth analysis evaluated by means of organotypic auditory neuron explant cultures. J Neurosci Methods. 2021;363:109341.
• Bader W, Gottfried T, Degenhart G, Johnson Chacko L, Sieber D, Riechelmann H, Fischer N, Hoermann R, Glueckert R, Schrott-Fischer A, Schmutzhard J. Measurement of the Intracochlear Hypothermia Distribution Utilizing Tympanic Cavity Hypothermic Rinsing Technique in a Cochlea Hypothermia Model. Front Neurol. 2020;11:620691.
• Fischer N, Johnson Chacko L, Glueckert R, Schrott-Fischer A. Age-Dependent Changes in the Cochlea. Gerontology. 2020;66(1):33-9.
• Frick C, Fink S, Schmidbauer D, Rousset F, Eickhoff H, Tropitzsch A, Kramer B, Senn P, Glueckert R, Rask-Andersen H, Wiesmuller KH, Lowenheim H, Muller M. Age-Dependency of Neurite Outgrowth in Postnatal Mouse Cochlear Spiral Ganglion Explants. Brain Sci. 2020;10(9).
• Johnson Chacko L, Sergi C, Eberharter T, Dudas J, Rask-Andersen H, Hoermann R, Fritsch H, Fischer N, Glueckert R, Schrott-Fischer A. Early appearance of key transcription factors influence the spatiotemporal development of the human inner ear. Cell and tissue research. 2020;379(3):459-71.
• Mei X, Glueckert R, Schrott-Fischer A, Li H, Ladak HM, Agrawal SK, Rask-Andersen H. Vascular Supply of the Human Spiral Ganglion: Novel Three-Dimensional Analysis Using Synchrotron Phase-Contrast Imaging and Histology. Sci Rep. 2020;10(1):5877.
• Potrusil T, Heshmat A, Sajedi S, Wenger C, Johnson Chacko L, Glueckert R, Schrott-Fischer A, Rattay F. Finite element analysis and three-dimensional reconstruction of tonotopically aligned human auditory fiber pathways: A computational environment for modeling electrical stimulation by a cochlear implant based on micro-CT. Hearing research. 2020;393:108001.
• Rousset F, V BCK, Sipione R, Schmidbauer D, Nacher-Soler G, Ilmjarv S, Coelho M, Fink S, Voruz F, El Chemaly A, Marteyn A, Lowenheim H, Krause KH, Muller M, Gluckert R, Senn P. Intrinsically Self-renewing Neuroprogenitors From the A/J Mouse Spiral Ganglion as Virtually Unlimited Source of Mature Auditory Neurons. Front Cell Neurosci. 2020;14:395.

Laufende Projekte:

• FWF: Feinstruktur Basierte Modelle zum Hörimplantat Verbesserung ZFI064930 Beginn Okt. 2023
• FFG: VASCULAR SENESCENCE AS A KEY FACTOR FOR COCHLEAR HEALTH Beginn September 2023
• : "Neurotrophine in Human Innenohr Entwicklung und in HNSCC, FWF: ZFI048110" laufend bis 31.08.2024, PI Jozsef Dudas -Partner Anneliese Schrott-Fischer und Shin-ichi Usami (Japan):

Kooperationspartner:

• Helge Rask-Andersen, Universität Uppsala, Schweden
• Francis Rousset  und Pascal Senn, Department of Clinical Neurosciences at Hôpitaux Universitaires de Genève (HUG), Genf, Schweiz
• Stefan Fink, Universität Tübingen, Deutschland
• Werner Hemmert & Siwei Bai, TU München, Deutschland
• Frank Rattay, TU Wien, Österreich
• Stefan Handschuh, Universität für Veterinärmedizin, VetCore, Wien
• Christoph Arnolder, Medizinische Universität Wien
•  Marko Konschake und Elisabeth Pechriggl, Anatomie Innsbruck Medizinische Universität Innsbruck
• Medel Innsbruck (Werner Lindenthaler, Dominik Schmidbauer, Carolyn Garnham)

Team:

• Glückert Rudolf (Laborleitung)
• Joachim Schmutzhard (Klinik)
• Anneliese Schrott-Fischer (ehem. Laborleitung)
• Natalie Fischer (Klinik)
• PhD Studenten
• Claudia Steinacher
• Werner Bader
• Mahdi Fallah
• Pedram Ghaderi
•  Diplomanden (Medizinstudenten)
  • Niklas Hammerstein
  • Jakob Hussl
  • Carlo Guerrini
• Master- und Bachelor Studenten (MCI, fhg Gesundheit), Praktikanten (HTL für  Biomedizin- & Gesundheitstechnik)