Lokale Medikamentenapplikation am Innenohr

Erkrankungen des Innenohrs gehören zu den häufigsten chronischen Erkrankungen. Derzeit verwendete Therapiemethoden beinhalten u.a. intravenöse Infusionen, deren Wirkungsweise allerdings nicht unumstritten ist. Studien haben gezeigt, dass nur sehr hohe Pharmaka-Dosen zu messbaren Wirkstoffspiegeln im Innenohr führen, die jedoch unerwünschte systemische Nebenwirkungen nach sich ziehen können.

Aus diesem Grund beschäftigt sich die medizinische Forschung seit geraumer Zeit mit lokalen Therapiemethoden, bei denen die Pharmaka in geeigneter Weise an die Rundfenstermembran gebracht werden und von dort in das Innenohr diffundieren. Mangelnde Kenntnis der Pharmaka-Kinetik im Innenohr ist derzeit einer der Hauptgründe für die Unsicherheit im Umgang mit dieser Methode und Grund für umfangreiche Tierversuche. Allerdings sind die morphologischen Eigenschaften des Innenohrs verschiedener Spezies auch unterschiedlich, so dass die Ergebnisse der Tierversuche nicht direkt auf den Menschen übertragbar sind.

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Vereinfachtes dreidimensionales geometrisches Modell der Cochlea

In einem Projekt zwischen der Klinik für Hals-Nasen-Ohrenheilkunde/Hörforschungszentrum am Universitätsklinikum Tübingen und unserem Institut wurde ein mathematisches Modell zur Computersimulation der Stoffverteilung in den Innenohrflüssigkeiten bei der lokalen Pharmaka-Applikation entwickelt. Mit Hilfe des Programmpakets ANSYS© wurde ein vereinfachtes dreidimensionales geometrisches Modell der Cochlea erstellt und für die Simulation der Medikamentenapplikation (Diffusionsprozess) eingesetzt. Die notwendigen physikalischen Parameter - Permeabilitäten, Diffusions- und Übergangskoeffizienten - wurden, soweit vorhanden, der Literatur entnommen.

 

Inverses Problem verbunden mit Computersimulation

Generell sind die Übergangskoeffizienten allerdings nicht gut bekannt, sondern müssen als Inverses Problem aus In-vivo-Messungen, verbunden mit der Computersimulation, ermittelt werden. Die notwendigen direkten Messergebnisse aus Tierversuchen stehen dafür in der Literatur zur Verfügung. Aufgrund der hohen Rechenzeiten ist das volle dreidimensionale Modell aber nicht für eine echte Parameteridentifikation geeignet.

Daher wurde zusätzlich asymptotisch ein eindimensionales Modell abgeleitet und implementiert, mit dem eine effiziente Parameteridentifikation möglich ist. In der Auswertung konnten wir insbesondere einen erheblichen Skalierungsfehler in den Literaturwerten nachweisen. Sofern entsprechende Geldgeber gefunden werden, kann die Forschungskooperation mit der Entwicklung eines realistischen, auf CT-Daten basierenden Modells fortgesetzt werden.

Projektart: Industrieprojekt
Projektpartner: Klinik für Hals-Nasen-Ohrenheilkunde/ Hörforschungszentrum am Universitätsklinikum Tübingen