Auditorische Neurowissenschaften und Optogenetik

In Anbetracht der Tatsache, dass etwa fünf Prozent der Weltbevölkerung eine Behandlung von Hörschäden benötigen, besteht ein großer ungedeckter klinischer Bedarf an einer verbesserten Hörwiederherstellung, die über die derzeitigen Hörgeräte und Cochlea-Implantate hinausgeht. Daher arbeiten wir mit Weißbüscheläffchen für späte präklinische Studien zur Gentherapie und zu optischen Cochlea-Implantaten, die auf bahnbrechenden Arbeiten an Nagetieren aufbauen, die am Institut für Auditorische Neurowissenschaften der Universitätsmedizin Göttingen durchgeführt wurden. Wir haben uns für die Arbeit mit Weißbüscheläffchen entschieden, da sie als nicht-menschliches Primatenmodell für genetische Manipulationen geeignet sind, über eine reichhaltige stimmliche Kommunikation verfügen und auch aus diesem Grund das Interesse der auditorischen Neurowissenschaftler:innen auf sich gezogen haben. Wir haben die Verwendung von nicht-krankmachenden Viren als Genfähren und die Cochlea-Implantat-Operation sowie die physiologische und verhaltensbiologische Analyse des Gehörs bei Weißbüscheläffchen eingeführt. 

In Zusammenarbeit mit dem Behr-Labor (siehe GFP-Marmoset) arbeiten wir an der Modellierung menschlicher genetischer Hörstörungen. Wir konzentrieren uns derzeit auf die auditorische Synaptopathie, die durch Mutationen im OTOF-Gen verursacht wird, das für das Haarzellenprotein Otoferlin kodiert. Es besteht die große Hoffnung, dass OTOF-bedingte Hörstörungen durch eine AAV-vermittelte Gentherapie geheilt werden können, die auf einer teilweisen Wiederherstellung der Hörfunktion in Mausmodellen beruht (Al-Moyed et al., 2019; Akil et al., 2019; Rankovic et al., 2021). Es bleibt jedoch noch viel zu tun, um diese Ansätze in eine klinische Anwendung zu überführen. Wir wollen einen Beitrag zu diesen wichtigen Bemühungen leisten, indem wir zunächst den Gentherapieansatz in Mäusen optimieren und ihn dann auf das neu geschaffene Primatenmodell der OTOF-bedingten Hörschädigung übertragen.

Das Cochlea-Implantat, das weltweit von mehr als einer Million Hörgeschädigten verwendet wird, ermöglicht in der Regel ein offenes Sprachverständnis und gilt als die erfolgreichste Neuroprothese. Dennoch bleiben das Hören in lauten Umgebungen und die Musikwiedergabe eine Herausforderung, vor allem wegen der schlechten Frequenz- und Intensitätsauflösung, die sich aus der breiten Stromausbreitung von jedem der ein bis zwei Dutzend Elektrodenkontakte ergibt (siehe Abbildung oben: Elektrisches Cochlea-Implantat). Da sich Licht räumlich gut eingrenzen lässt, verspricht die optogenetische Stimulation des Spiralganglions der Cochlea eine grundlegende Verbesserung der Frequenz- und Intensitätskodierung im Vergleich zu elektrischen Cochlea-Implantaten. In unserer präklinischen Arbeit mit Nagetieren und Weißbüscheläffchen entwickeln wir Gentherapie und optische Cochlea-Implantate für eine zukünftige klinische optogenetische Hörwiederherstellung. Die Zusammenarbeit mit akademischen Partnern in Freiburg und Chemnitz sowie mit der Industrie (OptoGenTech und MED-EL) ist für diese Aufgabe von größter Bedeutung.