Вход

Тимпаностомните тръбички за уши са най-после усъвършенствани

Учени от Харвард са изобретили ново устройство, което може да намали броя на хирургичните интервенции при деца с хронични ушни инфекции

В специализираната болница за лечение на очни и ушни заболявания Massachusetts Eye and Ear, Университетска болница на Харвард в Бостън, Никол Блек е имала като дете пракарани ушни инфекции и и колегите й направили щателен преглед с помощта на отоскоп на тъпанчевите й мембрани. Те забелязали, че тя има белег на тъпанчето и изследователите стигнали до заключението, че този белег може да бъде причинен от тимпаностомни дренажни тръбички, които са й били поставени хирургически в детска й възраст, поради честите  повтарящи се ушни инфекции.

Тъй като Блек е била дете по това време, тя не си спомня точно какъв е бил нейният собствен опит с тези тръбички, които представляват малки цилиндри, за да поддържат ухото достатъчно вентилирано и да предотвратяват репаранцентезите. Все пак, те оставят траен белег и един ден тази увредена фиброзирала тъкан може да доведе до намаление на слуха. Когато се провежда този експеримент, племенникът на Блек също е подложен на хирургична интервенция на ухото. Всъщност няколко други членове на екипа също имат близки, на които са имплантирани „макарички“. Мислейки за племенника си, Блек е мотивирана да потърси решение за предотвратяване на усложенията по време на носенето на тези дренажни тръбички в ранната детска възраст и възможността те да не се отразяват на здравето на човек за цял живот.

Блек е в началото на своята докторантура по биоинженерство към Харвардския университет и работи съвместно с хирурзите в Масачузетския специализиран център Аарон Ременснейдер и Елиът Козин върху клиничните разработки на други медицински изделия, ползвани за лечение на заболяванията на средното ухо. Те решават да разгледат начините за усъвършенстване на дренажните ушни тръбички и се обединяват с учени от сферата на Материалознанието от Харвард, за да създадат PionEar – малка био-вдъхновена 3D принтирана ушна тръбичка, при която белезите са много по-малки, както и да се избегне необходимостта от повторна хирургическа намеса.

Блек и племенникът й не са частни случаи: около 80% от децата прекарват най-малко една ушна инфекция, докато навършат 3 години, а тези инфекции се равняват най-малко на 25 милиона посещения при лекар всяка година. Повечето инфекции могат да бъдат лекувани с антибиотици – или с прием през устата, или като капки за уши. Установено е, че пероралните антибиотици, използвани за цялото разнообразие от бактериални инфекции, срещани при деца, имат множество нежелани реакции, които генерират близо 70 000 посещения по спешност годишно и често се използват прекомерно. Центровете за контрол и превенция на заболяванията изчисляват, че 30% от всички антибиотици, предписани в клиники, лекарски кабинети и спешни отделения, не са наистина необходими. Капките за уши могат да бъдат ефективни, но при усложнения или агресивна инфекция, капките са крайно недостатъчни. Близо 700 000 деца на възраст под 15 години често боледуват от повтарящи се ушни инфекции и се лекуват всяка година в САЩ с хирургично имплантирани дренажни ушни тръбички по данни на Американската академия по ототонгология – Център за хирургия на глава и шия.

Обикновените дренажни ушни тръбички обаче не са универсално решение. В крайна сметка, тяхното предназначение е да вентилират ухото, за да се намали болката, а не да се лекува инфекцията. Исторически погледнато, тръбичките са били създадени от лекари, а не от инженери или физици – вероятно първоначално е правена пункция, за да се облекчат пациентите. Първата дренажна тръба за уши е създадена през 1845 г. от немските учени Густав Линке и Мартел Франк, а около шестнадесет модела са били въведени през 1875 г. от различни материали като злато, сребро, алуминий и каучук. През 50-те години на миналия век Бевърли Армстронг представя първата тръбичка на основата на винил, която все още е фундамента на тези, които се използват днес. Направени са малко промени в оригиналния дизайн.

Блек и екипът й установили, че когато лекарите предписват капки за уши на пациенти с дренажни тръбички, в много случаи капките всъщност не достигат до средното ухо през тръбичките, а вместо това се разливат на повърхността на изделието. Нещо повече, тръбичките често изпадат твърде скоро, което изпраща децата обратно в болницата за повторна операция, която може да стане инвазивна, скъпа и изтощителна.

„Установихме, че почти 40% от ушните тръбички изпадат по някакъв начин“, казва Блек, която също изследва непълнолетни в биологията и технологията на словото и слуха. „Така, че тези деца ще се върнат отново в операционната зала. Това е особено важно за мен, знаейки, че моят племенник може да се изправи пред такава ситуация.“

Намирането на решение, което ускорява лечебния процес, вместо да го удължава, е особено важно, особено за малките деца, които развиват говора си. Когато инфекциите на ушите са наистина тежки и в средното ухо се натрупва секрет, децата чуват така, „като че ли са под водата“, казва Блек. Ако не могат да чуят собствения си глас или родителите си, това може да има огромно влияние върху развитието на речта.

PionEar разглежда тези въпроси по няколко начина. На първо място, PionEar е по-малък от традиционната дренажна тръбичка и приляга плътно в средното ухо, за да намали белезите и риска от ненавременното им изпадане. На второ място устройството намалява риска от бактериална инфекция и допълнително запушване. И накрая – геометрията на тръбичките за ухо на PionEar позволява натрупването на секрет да изтече от ухото и лекарството да достигне средното ухо и ефективно да лекува инфекцията.

„Ключов компонент на иновативост на това изобретение е комбинацията от много ефекти в едно устройство, което е сериозно предизвикателство“, казва Майкъл Кредер, съосновател на PionEar и докторант по физика, който работи в лабораторията по биомеханиката на професор Йоана Айзенберг в Харвард.

За да постигне тази своя втора цел, екипът проучва месоядните тропическирастения от семейство Непентес, повечето от които са известни със своята отличителна форма на шампаниера. Малките порести наноструктури в рамките на чашковидните листа на повечето растения улавят влагата и лубрицират ръба на „чашката“, така че щом веднъж насекомото кацне върху растението, то пада надолу с плъзгане, за да намери смъртта си в ямка в основата на растението, пълна с храносмилателни ензими.

Откриването на каналите на растението Кредер и колегите му използвали за поставянето на течен слой под подлежащия твърд материал на PionEar. Тази конструкция помага да се предотврати образуването на бактериални филми върху ухото, които да причинят персистираща инфекция.

PionEar наскоро спечели едно от най-високите отличия в конкурса за колективни изобретатели, като получи златната награда на стойност 10 000 щатски долара. Националната зала на славата на изобретателите провежда конкурса в партньорство с Отдела за патенти и търговски марки на САЩ. (Партньорите на USPTO с Smithsonian.com поддържат историята на иновациите в института „Смитсониън“ и извън нея.) Екипът е подал заявка за временен патент.

Един от съдиите на тазгодишния конкурс, биомедицинският инженер Франсис Лиглър от Държавния университет в Северна Каролина, който е известен най-вече с работата си с биосензори, отбелязва, че PionEar е особено вълнуващо откритие поради своя огромен потенциал.

“PionEar има потенциала да подобри слуха при децата по-безопасно в критичния период на развитието на речта, да намали болката и разходите за повторни се операции и значително да намали белезите върху тъпанчето, свързани с трайна загуба на слуха „, казва Лиглер.

Лиглер се надява да види PionEar да премине бързо през следващите етапи на комерсиализация, включително одобрение на патента, одобрение от FDA на материалите, тестове върху животни и клинични изпитания. „Колкото по-рано, толкова по-добре“, казва тя.

Блек казва, че екипът ще продължи да усъвършенства дизайна на устройството, използвайки методи за 3D принтиране в лаборатория по биоинженерство на професор Дженифър Луис в Харвард. Скоро те ще се преминат към изпробването на ушните им тръбички върхе звездата на ветеринарната лаборатория за отоларингология, чинчилата, която – благодарение на големите уши на гризачите и подобна податливост към ушни инфекции – е ключов участник при изучаването на заболявания на вътрешното и средното ухо при хората в последните десетилетия. Ременшнайдер ще води проучването на животни в болницата в Масачузетс. Усилията за комерсиализация са в ход с Wyss институт за вдъхновено от биологията инженерство под ръководството на Ида Павличенко, изследовател в областта на технологичното развитие в лабораторията на Айзенберг, който също е инструментален съ-изобретател на биологичните вдъхновени от биологията аспекти на PionEar.

„Двамата изобретатели проучват своето откритие за разрешаване на проблем, който води до широко разпространено и многоаспектно нарушение, особено при децата“, казва Лиглер и добавя: „Никой не е направил нещо подобно досега“.

Източник: www.smithsonianmag.com