OTOPROTEG: verbeteren van otosclerose behandeling

Volgens de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) heeft meer dan 5% van de wereldbevolking - of 430 miljoen mensen - revalidatie nodig voor invaliderend gehoorverlies. Tegen 2050 wordt verwacht dat bijna 2,5 miljard mensen gehoorverlies zullen hebben, waarvan ten minste 700 miljoen revalidatie nodig zullen hebben. Gehoorverlies heeft een grote impact op het professionele, sociale, emotionele en cognitieve welzijn. Bij de grote meerderheid van de patiënten wordt gehoorstoornis veroorzaakt door dysfunctie van de gehoorreceptorcellen in het slakkenhuis, wat resulteert in een verminderd spraakverstaan - een van de meest invaliderende manifestaties van gehoorverlies.

Cochleaire implantaten (CI's) hebben een groot potentieel getoond om het spraakverstaan te herstellen bij gedeeltelijk en volledig dove patiënten, die niet onvoldoende kunnen worden gerevalideerd met hoortoestellen. Sinds de ontwikkeling ervan in de jaren vijftig zijn er wereldwijd meer dan 736.900 CI-apparaten geïmplanteerd. Een CI vertaalt akoestische signalen in elektrische pulsen en stimuleert direct de gehoorzenuwvezels in het slakkenhuis. De implantatie van deze neuroprothese vereist een operatie, waarbij de stimulerende elektrode in het slakkenhuis wordt ingebracht. CI-chirurgie heeft een hoog succespercentage, waarbij meer dan 90% van de geïmplanteerde patiënten tevreden is met het verbeterde spraakverstaan. Elke operatie vormt echter een ernstig risico voor de integriteit van het slakkenhuis: tot 32% van de elektrode inserties veroorzaakt trauma aan de delicate inwendige structuren van het slakkenhuis. Elektrode insertie trauma brengt niet alleen de CI-functie in gevaar, maar ook de resterende gehoorfunctie bij patiënten met gedeeltelijk gehoorverlies voorafgaand aan de operatie. Het verlies van het restgehoor heeft op zijn beurt een negatief effect op het spraakverstaan in lawaai en het waarnemen van de muziek. Studies hebben aangetoond dat het risico op trauma afhangt van drie factoren: de individuele slakkenhuis anatomie van elke patiënt, de chirurgische techniek en het ontwerp van de CI-elektrode. Het exacte samenspel tussen deze drie factoren moet echter nog volledig worden ontward. Bovendien waren technologische ontwikkelingen in chirurgische technieken en elektrodeontwerpen tot dusver niet in staat om insertietrauma te voorkomen en het behoud van restgehoor te garanderen.

In dit proefschrift, hebben we verschillende technieken geïntroduceerd en gevalideerd, die enerzijds het experimenteel onderzoek naar de mechanica van insertietrauma zouden vergemakkelijken en anderzijds het risico op trauma bij CI-chirurgie zouden kunnen verminderen.

Tot nu toe werd de mechanica van elektrode insertietrauma voornamelijk bestudeerd op menselijke kadaver slakkenhuizen. Het menselijke slakkenhuis is ingebed in een kapsel van dik, corticaal bot, waardoor de inwendige structuren van het slakkenhuis niet direct kunnen worden gevisualiseerd. Daarom wordt de anatomie en het trauma van de slakkenhuis structuren typisch onderzocht door middel van histologie. Terwijl histologische analyse de inwendige anatomie van het slakkenhuis op een zeer hoge resolutie in kaart kan brengen, is het zeer destructief en beperkt tot analyse van 2D-sneden. De eerste bijdrage van dit proefschrift introduceerde en valideerde een nieuwe methode voor contrast-versterkte microCT-beeldvorming, die niet-destructieve 3D-analyse van vers-ingevroren menselijke slakkenhuizen mogelijk maakt, zonder dat weefselvoorbewerking, zoals fixatie, nodig is.

Terwijl menselijke kadaver stalen de meest representatieve modellen van het levende slakkenhuis zijn, hebben ze verschillende beperkingen voor fundamentele en vroege translationele studies. Ten eerste, zijn herhaalde experimenten op hetzelfde slakkenhuis niet mogelijk, omdat elke elektrode insertie de mechanica van toekomstige experimenten kan beïnvloeden. Ten tweede, kunnen echte slakkenhuizen niet worden vergroot om prototypes te testen, die nog niet zijn geminiaturiseerd. Ten derde, kunnen de interne structuren van het slakkenhuis niet worden gevisualiseerd zonder aanvullende kostbare technieken, zoals histologie en microCT-beeldvorming. Ten slotte, is het gebruik van menselijk kadavermateriaal strikt gereguleerd en beperkt tot gespecialiseerde laboratoria. In de tweede bijdrage van dit proefschrift hebben we deze beperkingen aangepakt door anatomisch, chirurgisch en mechanisch representatieve modellen van het menselijke slakkenhuis te ontwikkelen, die op elke schaal in transparant materiaal kunnen worden 3D geprint.

Het benige kapsel van het slakkenhuis maakt niet alleen het bestuderen van insertie trauma moeilijker, maar draagt ook bij aan het risico op trauma bij CI-chirurgie. Zodra de elektrode de inwendige ruimte van het slakkenhuis binnengaat, kan de chirurg de positie van de elektrode in het slakkenhuis niet zien en moet hij vertrouwen op tactiele feedback. Tactiele feedback is echter vaak onbetrouwbaar en geeft pas informatie als er al een trauma is opgetreden. Huidige preoperatieve beeldvormingstechnieken (klinische CT en MRI) en intra-operatieve monitoringtechnologieën (elektrocochleografie, röntgenfluoroscopie) schieten ook tekort in het anticiperen op het risico van trauma vanwege hun beperkte resolutie. In dit proefschrift hebben we de mogelijkheid onderzocht om optische coherentietomografie (OCT) beeldvorming te gebruiken voor intra-operatieve begeleiding bij CI-chirurgie. Deze technologie maakt beeldvorming van biologische weefsels op micrometerschaal mogelijk en is al veilig gebleken in vele andere gebieden van de klinische geneeskunde, waaronder oogheelkunde, dermatologie en interventionele cardiologie. In de derde bijdrage onderzochten we de haalbaarheid van OCT-geleide voorspelling van het optimale insertietraject in CI-chirurgie. Tot slot, hebben we in de vierde bijdrage aangetoond dat chirurgische instrumenten voor het inbrengen van elektrodes kunnen worden geïntegreerd met geminiaturiseerde optische vezels, om real-time monitoring van de elektrodepositie met betrekking tot de wanden van het slakkenhuis mogelijk te maken tijdens de insertie. Op deze manier kan de CI-chirurg het insertietraject aanpassen, indien dit nodig wordt geacht om botsing met de inwendige structuren te voorkomen, op basis van de OCT-feedback.

Samen, zullen deze bijdragen ons begrip van elektrode insertietrauma verdiepen en ervoor zorgen dat deze complicatie bij toekomstige CI-chirurgie kan worden voorkomen, waardoor de veiligheid en de werkzaamheid van de CI aanzienlijk zal worden verbeterd.