- Titel
- Validierung von biomimetischem Trommelfellersatz
- Zitierfähige Url:
- https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-1034124
- Erstveröffentlichung
- 2026
- Datum der Einreichung
- 06.03.2025
- Datum der Verteidigung
- 03.03.2026
- Abstract (DE)
- Wissenschaftlicher Hintergrund: Das Trommelfell wandelt Schallwellen in mechanische Impulse um, gibt diese daraufhin an die Ossikelkette weiter und ist somit ein essenzieller Bestandteil des auditiven Systems. Bei chronisch infizierten Mittelohren mit Trommelfellperforation wird eine Rekonstruktion erforderlich. Zur Deckung des Defekts steht eine Vielzahl an Materialien zur Verfügung, häufig werden jedoch autologe Transplantate wie Knorpel, Faszie oder Perichondrium verwendet. Diese können die komplexe Struktur und Funktionalität des Trommelfells jedoch nicht optimal abbilden und stellen aufgrund der zusätzlichen Inzision ein erhöhtes chirurgisches Risiko dar. Mit den neuen Herstellungsverfahren des Electrospinnings und Electrowritings können biomimetische Membranen für den Trommelfellersatz produziert werden. In der Fachliteratur sind die dynamischen und statischen Eigenschaften sowie die Zellkompatibilität von neuartigen Trommelfellersatzmaterialien umfassend untersucht worden. Aktuell gibt es jedoch einen Mangel an Publikationen, die sich mit der intraoperativen Handhabbarkeit der neuen Alternativen befassen. Zielstellung der Arbeit: In dieser Dissertation soll der Einfluss verschiedener biomimetischer Trommelfellersatzmaterialien auf das dynamische Schwingungsverhalten sowie deren intraoperative Handhabbarkeit evaluiert werden. Es soll herausgefunden werden, ob sich verschiedene Membranen zur Deckung unterschiedlicher Perforationsgrößen eignen. Bezüglich der Handhabbarkeit sollen Vor- und Nachteile der Membranen identifiziert werden und wichtige Parameter für Trommelfellersatz herausgearbeitet werden. Abschließend soll eine Empfehlung für die Membran ausgesprochen werden, welche den Anforderungen am besten gerecht wird. Methode: Die getesteten Membranen wiesen verschieden Materialzusammensetzungen mit PCL, Seidenfibroin und Kollagen auf und wurden durch Electrospinning oder Electrowriting hergestellt. Als Referenzmaterial wurde Knorpel verwendet. Für die experimentellen Untersuchungen des dynamischen Schwingungsverhaltens wurden fünf humane Felsenbeinkadaver präpariert und ihr Mittelohrübertragungsverhalten mittels Laserdopplervibrometrie untersucht. Die Auswertung erfolgte durch die Analyse der Mittelohrübertragungsfunktion (METF) im Hauptsprachbereich zwischen 250 - 4000 Hz und der ersten Resonanzfrequenz. Der Fragebogen umfasste sechs Items und sowie einen Vergleich mit autologen Materialien und wurde mit einer sechsstufigen Likert-Skala versehen. Erfahrene Ohrchirurginnen und -chirurgen füllten diesen nach praktischer Erprobung der Trommelfellersatzmaterialien am humanen Felsenbein aus. Ergebnisse: Mit zunehmender Perforationsgröße waren größere Amplitudenverluste bis 10 dB zu verzeichnen. Bei allen getesteten Materialien lagen die METFs nach Deckung des Defekts wieder im Referenzbereich. Bei kleinen Perforationen waren sogar vergrößerte Amplituden als bei dem intakten Trommelfell feststellbar. Knorpel zeigte starke Amplitudenverluste bei großen Perforationen, dort konnten alle getesteten biomimetischen Membranen die METFs besser erhalten. Die größten Amplitudengewinne waren bei der elektrogesponnenen Membran 3 (M3) aus reinem PCL zu beobachten. Im Fragebogen bezüglich der Handhabbarkeit konnte elektrogesponnenen Membran 1 (M1) mit Seidenfibroin-Anteil bei der Gesamtbewertung der Items die meisten Punkte erreichen (4,7 ± 0,9), die elektrogeschriebene Membran 2 schnitt am schlechtesten ab (3,5 ± 1,2). Die Bewertung von M3 ähnelte der von M1. Auch im Vergleich zu den autologen Materialien konnte M1 leicht besser abschneiden. Schlussfolgerung: Alle getesteten Materialien waren in der Lage, die Übertragungsverhalten des Mittelohrs im Vergleich zum perforierten Trommelfell zu verbessern. In Zusammenschau mit der Handhabbarkeit ist M1 zu empfehlen (Electrospinning, SF:PCL-Gemisch 1:2, Spinnzeit von 20 Minuten, Dicke zwischen 86,40 - 114,02 μm). Diese bietet aufgrund ihrer Dicke genügend Stabilität bei größeren Defekten und vereinfacht die Implantation aufgrund der hydrophilen Eigenschaften von Seidenfibroin.
- Abstract (EN)
- Background: The tympanic membrane (TM) converts sound waves into mechanical impulses for the ossicular chain, making it an essential part of the auditory system. In chronically infected middle ears with TM perforations, reconstruction is required. To close the defect there are many different materials available but most commonly autologous grafts like cartilage, fascia or perichondrium are used. However, they are not able to replicate the complex structure and functionality to the full extend. Furthermore, there is an increased surgical risk due to the needed incision for the graft harvesting. New biomimetic membranes can be produced with additive manufacturing like electrospinning and electrowriting. The dynamic and static properties as well as the cell compatibility of these TM replacement materials have been comprehensively investigated. However, there is currently a lack of publications concerning the surgical handling of the new alternatives. Objective: The impairment of the middle ear transmission behaviour of different biomimetic membranes regarding the dynamic properties and handling was investigated. The aim was to ascertain whether different membranes are suitable for covering different perforation sizes. Concerning the handling, the advantages and disadvantages of the membranes were identified and important parameters for TM replacement were determined. Based on the results, recommendations should be provided regarding the membrane that most adequately meets the requirements. Method: The tested membranes differed in their material compositions, consisting of PCL, silk fibroin, and collagen, and were produced with electrospinning or electrowriting techniques. Cartilage was used as a reference material. Five human cadaver temporal bones have been prepared to test their middle ear transmission behaviour using laser doppler vibrometry. The evaluation was performed by analysing the middle ear transfer function (METF) in the main speech range between 250 - 4000 Hz and the first resonance frequency. The questionnaire included six items and a comparison with autologous materials and was provided with a six-point Likert scale. Experienced ear surgeons completed the questionnaire after practical testing of the eardrum replacement materials on the human temporal bone. Results: Increased perforation size led to bigger losses in magnitude of up to 10 dB. Of all tested materials the METF was within the reference range after coverage. After closure of small perforations even larger magnitudes than of the intact TM were observed. Cartilage showed big magnitude losses in bigger perforations, where all biomimetic membranes were better able to maintain the METF. The biggest magnitude gains were detected with the electrospun membrane 3 (M3) made out of pure PCL. The questionnaire identified the electrospun membrane 1 (M1) with silk fibroin supplement as the best membrane regarding the handling. M1 achieved 4,7 ± 0,9 points in the overall evaluation of the items, the electrowritten membrane 2 scored lowest with 3,5 ± 1,2 points. The results of M3 are similar to those of M1. In comparison to autologous grafts M1 was evaluated slightly better. Conclusion: All tested materials were able to improve the middle ear transmission compared to the damaged TM. In synopsis with the handling of the membranes M1 can be recommended (Electrospinning, SF:PCL-Blend 1:2, spinning time 20 minutes, thickness between 86,40 – 114,02 μm). This biomimetic membrane is providing sufficient stability in larger perforations. Furthermore, the manageability of M1 is simplified due to the hydrophilic properties of silk fibroin.
- Freie Schlagwörter (DE)
- Trommelfell, Trommelfellersatz, Trommelfellperforation, Electrospinning, Electrowriting
- Freie Schlagwörter (EN)
- tympanic membrane, ear drum replacement, tympanic membrane perforation, electrospinning, electrowriting
- Klassifikation (DDC)
- 610
- Klassifikation (RVK)
- YN 3304
- YI 1704
- GutachterIn
- Prof. Dr. med. Marcus Neudert
- Dr.-Ing. Zhaoyu Chen
- Den akademischen Grad verleihende / prüfende Institution
- Technische Universität Dresden, Dresden
- Version / Begutachtungsstatus
- publizierte Version / Verlagsversion
- URN Qucosa
- urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-1034124
- Veröffentlichungsdatum Qucosa
- 06.05.2026
- Dokumenttyp
- Dissertation
- Sprache des Dokumentes
- Deutsch
- Lizenz / Rechtehinweis
CC BY-NC-ND 4.0- Inhaltsverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis 1 Einleitung 1.1 Die besondere Bedeutung des Trommelfells für die Schallübertragung 1.2 Operativer Standard der Trommelfellrekonstruktion 1.3 Herstellungsverfahren der biomimetischen Membranen 1.3.1 Electrospinning 1.3.2 Melt Electrowriting 1.4 Geeignete Biomaterialien für den Trommelfellersatz 1.4.1 Polycaprolacton 1.4.2 Seidenfibroin 1.4.3 Kollagen 1.5 Ziele und Fragestellung der Arbeit 2 Material und Methoden 2.1 Biomimetische Membranen für den Trommelfellersatz 2.2 Experimentelle Messungen des dynamischen Schwingungsverhaltens 2.2.1 Mittelohrübertragungsfunktion und Laserdopplervibrometrie 2.2.2 Präparation der humanen Felsenbeinkadaver 2.2.3 Vorbereitung der Membranen für den Trommelfellersatz 2.2.4 Messtechnik und Messmethode 2.2.5 Versuchsablauf der LDV-Messungen 2.2.6 Datenerfassung und -auswertung der LDV-Messungen 2.2.6.1 Statistische Auswertung der LDV-Messungen 2.3 Quantitative Bestimmung der Handhabbarkeit der getesteten Membranen 2.3.1 Aufbau und Design des Fragebogens 2.3.2 Datenerfassung und -auswertung des Fragebogens 2.3.2.1 Statistische Auswertung des Fragebogens 3 Ergebnisse 3.1 Messergebnisse des dynamischen Schwingungsverhaltens 3.1.1 Abgleich mit dem Referenzbereich 3.1.2 Einfluss der Underlay-Technik bei einer Perforationsgröße von 1 mm 3.1.3 Darstellung der Perforationsgrößen 3.1.4 Vergleich der ersten Resonanzfrequenzen 3.1.5 Schwingungsverhalten der Trommelfellersatzmaterialien bei unterschiedlichen Perforationsgrößen 3.1.5.1 Perforationsgröße von 1 mm 3.1.5.2 Perforationsgröße von 3 mm 3.1.5.3 Perforationsgröße des halben Trommelfells 3.1.6 Überblick der Differenzen über alle Perforationsgrößen 3.2 Umfrageergebnisse der Handhabbarkeit von biomimetischen Membranen 3.2.1 Allgemeine Parameter der Befragten 3.2.2 Präferierte Instrumente zur Trommelfellrekonstruktion 3.2.3 Bewertung der einzelnen Items 3.2.4 Membranvergleich bezüglich der Items 3.2.5 Membranbewertung im Vergleich zu autologen Materialien 3.2.6 Nutzung der Membranen im operativen Setting 4 Diskussion 4.1 Dynamisches Schwingungsverhalten am intakten und perforierten Trommelfell 4.2 Vergleich des dynamischen Schwingungsverhaltens nach Deckung mit Trommelfellersatzmaterialien 4.2.1 Eignung der Trommelfellersatzmaterialien für unterschiedlich große Perforationen 4.2.2 Einfluss von Materialdicke und Membrangeometrie 4.2.3 Einfluss von Materialien: Seidenfibroin als Zugabe zu PCL-Membranen 4.3 Eignung der biomimetischen Membranen bezüglich ihrer Handhabbarkeit 4.4 Integration von Schwingungseigenschaften und Handhabbarkeit 4.5 Limitationen 4.6 Schlussfolgerung Zusammenfassung Summary Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Literaturverzeichnis Anhang Danksagung Ehrenwörtliche Erklärung