A bostoni Harvard oktató kórházban, a Massachusetts Eye and Ear-ben Nicole Blacknek és osztálytársainak azt mondták, hogy nézzenek egymás fülébe otoszkóp segítségével, hogy megvilágítsák a dobhártyájukat. Black társaik észrevették, hogy hegszövet van a fülcsatornájában, és az oktatók szerint a hegesedést a fülcsövek okozták, amelyeket gyermekkorában műtéten helyeztek be az ismétlődő fülfertőzések kezelésére.
Mivel Black akkoriban kisgyermek volt, nem emlékszik pontosan, milyen volt a saját tapasztalata a fülcsövekkel kapcsolatban, amelyek apró hengerek voltak a dobhártyába, hogy a fül megfelelő szellőzést biztosítson, és megakadályozzák a fájdalmas eldugulást. De ennek ellenére tartós nyomot hagytak, és egy nap ez a hegszövet hallásvesztéshez vezethet. Az edzés ideje alatt Black unokaöccse fülcső műtéten ment keresztül. Valójában több másik csapattagnak is voltak olyan szerettei, akik csöveket ültettek be. Unokaöccse szem előtt tartásával Black volt motiválva arra, hogy megoldást keressen, így valószínűleg a jövőben egy fiatal korban fülgyulladásnak nem kell az egész életére hatást gyakorolnia.
Black, a Harvardi Egyetem biomérnöki doktori jelöltje, a Massachusetts Eye and Ear, Aaron Remenschneider és Elliott Kozin sebészekkel dolgozott más középfül-eszközökön. Miután úgy döntöttek, hogy megvizsgálják a fülcsövek javításának lehetőségeit, a Harvard anyagkutató kutatóival összeálltak, hogy készítsék a PionEar-t - egy apró, bio ihletésű, 3D-s nyomtatással ellátott fülcsövet, amely csökkenti a hegesedést és az ismételt beillesztési műtét szükségességét.
Fekete és unokaöccse nem anomáliák: a becslések szerint a gyerekek 80% -ánál lesz legalább egy fülfertőzés 3 éves korukra, és ezek a fertőzések évente legalább 25 millió orvoslátogatást tesznek lehetővé. A legtöbb fertőzést antibiotikumokkal lehet kezelni - orálisan vagy fülcseppek útján. Ugyanakkor a gyermekek által előforduló baktériumfertőzések egész sorában alkalmazott orális antibiotikumoknak számos mellékhatásuk van, amelyek évente közel 70 000 mentőhelyi látogatást tesznek ki, és gyakran túlhasználatosak. A Betegség Ellenőrzési és Megelőzési Központ becslése szerint a klinikákon, az orvosi rendelőkben és az ER-kben felírt összes antibiotikum 30% -a szükségtelen. A fülcseppek hatékonyak lehetnek, de szövődményekkel vagy különösen eldugulott fülekkel szemben a cseppek középfülbe való bejuttatása valójában kihívás. Az Amerikai Otolaryngológiai Klinika - Fej- és Nyaksebészet - szerint az Egyesült Államokban évente közel 700 000 15 év alatti gyermeket, akik hajlamosak az újra és újra visszatérő fülfertőzésekre, műtéten beültetett fülcsövekkel kezelik.
A fülcsövek gyakran eldugulnak (balra) vagy túl gyorsan extrudálnak (középen). A jelenlegi tervek korlátozzák a fülfertőzések fülcseppek kezelésének lehetőségét is (jobbra). (PionEar) A fülcsövek ugyanakkor nem is bolondbiztos megoldás. Végül célja a fül szellőztetése a fájdalom csökkentése érdekében, és nem a fertőzés tényleges kezelése. A fülcsöveket történelmileg orvosok - nem mérnökök vagy fizikusok - állították elő, valószínűleg egy csipetnyi körben, hogy megkönnyebbülést biztosítsanak betegeiknek. Az első fülcsövet 1845-ben a német tudósok, Gustav Lincke és Martell Frank készítették, és kb. Fél tucat modellt vezettek be 1875-ig, különféle anyagok felhasználásával, beleértve az aranyat, ezüstöt, alumíniumot és gumit. Az 1950-es években Beverly Armstrong bemutatta az első bevágott vinil-alapú csövet, amely a mai napig alapja. Alig változott az eredeti dizájnnal.
Black és a csapat azt találta, hogy amikor az orvosok fülcseppeket írnak fel fülcsövekben szenvedő betegek számára, akkor a cseppek gyakran nem érik el a középső fülüket sem a csövekkel, hanem ehelyett a cső felületén egyesülnek. Sőt, a csövek gyakran túl hamar kiesnek, ami a gyerekeket visszaküldi a kórházba újabb műtét céljából, amely invazív, drága és kimerítő lehet.
"Megállapítottuk, hogy a fülcsövek csaknem 40% -a végül valamilyen módon meghibásodik" - mondja Black, aki szintén kiskorúat folytat beszéd- és hallásszintű biológiai tudással és technológiával. - Tehát ezek a gyerekek végül visszatérnek a műtőbe. Ez különösen számomra fontos, mert tudom, hogy unokaöcsém ezzel szembesülhet. ”
Alapvető fontosságú olyan megoldás megtalálása, amely felgyorsítja a gyógyulási folyamatot, nem pedig meghosszabbítja azt, különösen a nyelvfejlesztő kisgyermekek számára. Amikor a fülfertőzések nagyon súlyosak, és a középfülbe nyálkahártya épül fel, a gyerekek „alapvetően olyan hallanak, mintha víz alatt állnának” - mondja Black. Ha nem hallják a saját hangjukat vagy a szüleiket, ez hatalmas hatással lehet a beszéd fejlődésére.
A PionEar többféle módon foglalkozik ezekkel a kérdésekkel. Mindenekelőtt a PionEar kisebb, mint egy hagyományos fülcső, és szorosan illeszkedik a középfülbe, hogy csökkentse a hegesedést és annak kockázatát, hogy korán esnek ki. Másodszor, az eszköz csökkenti a bakteriális fertőzés és további eltömődések esélyét. Végül: a PionEar fülcsövek geometriája lehetővé teszi a nyálka felhalmozódását, hogy kiürüljön a fülből, és a gyógyszer beáramoljon a középfülbe, és hatékonyan kezelje egy fertőzést.
"A találmány újdonságának egyik kulcsfontosságú eleme ezen hatások egyetlen eszközön történő kombinálása, ami elég nagy kihívást jelent" - mondja Michael Kreder, a PionEar egyik feltalálója és alkalmazott fizika doktori jelölt, aki a Harvard professzora, Joanna Aizenberg biomechanikájában dolgozik. labor.
A második cél elérése érdekében a csapat ihlette a Nepenthaceae családból származó, húsevő trópusi kancsó növényeket, amelyek többsége ismert megkülönböztető pezsgő-furulya-szerű alakjáról. A legtöbb kancsó növény csésze alakú levélén belüli apró, porózus nanoszerkezetek csapdába ejtik a nedvességet és megkenik a „csésze peremét”, így ha egyszer egy ízletes rovar fölül érkezik a növényre, akkor csúszás és elcsúszás útján halálába kerül. egy gödör a növény alján, emésztő enzimekkel tele.
A kancsó növények levágása után Kreder és munkatársai maszkolták a PionEar mögöttes szilárd anyagát folyadékréteggel. Ez a szerkezet végső soron meggátolja a baktériumfilmek kialakulását a fülcsőn, és tartós fertőzést okozni.
A PionEar a közelmúltban kiemelkedő díjat nyert a kollégiumi feltalálók versenyén, 10 000 dollár értékű aranydíjat kapott. A Nemzeti Feltalálók Hírességek Csarnoka az Egyesült Államok Szabadalmi és Védjegyirodájával együttműködve teszi ki a versenyt. (Az USPTO a Smithsonian.com-szal együttműködik, hogy támogassa az innovációval kapcsolatos történeteket a Smithsonian Intézetben és azon túl.) A csapat ideiglenes szabadalmat nyújtott be.
A PionEar csapat tagjai, Michael Kreder és Nicole Black, a színpadon Anthony Scardinoval, az USPTO pénzügyi vezérigazgatójával beszélnek, miután elnyerték a diplomások osztályának aranyérmét a 2018. évi kollégiumi feltalálók versenyén. (Nemzeti Feltalálók Hírességek Csarnoka) Az idei verseny egyik bírója, Frances Ligler, az észak-karolinai állami egyetem orvosbiológiai mérnöke, aki a bioszenzorokkal végzett munkájáról legismertebb, megjegyzi, hogy a PionEar különösen izgalmas annak miatt, hogy hatalmas potenciálja elérhető.
„A PionEar képes javítani a gyermekek hallását a beszédfejlődés kritikus időpontjában, csökkentheti az ismétlődő műtétek fájdalmát és költségeit, és jelentősen csökkentheti a dobhártya hegesedését és ezzel járó állandó hallásvesztést” - mondja Ligler.
Ligler azt reméli, hogy a PionEar gyorsan elmozdul a kereskedelem következő szakaszaiban, ideértve a szabadalmi jóváhagyást, az anyagok FDA jóváhagyását, az állatkísérleteket és a klinikai vizsgálatokat. "Minél előbb, annál jobb" - mondja.
Fekete szerint a csapat továbbfejleszti az eszköz tervezését 3D nyomtatási módszerekkel, Jennifer Lewis, Harvard professzor bioenergia laboratóriumában. Hamarosan a fülcsövek tesztelése felé fordulnak az otolaringológia csillaglaboratóriumi állatában, a csincsillában, amely - a rágcsáló nagy fülének és a fülfertőzés hasonló érzékenységének köszönhetően - alapvető szerepet játszik az ember belső és középső fülének betegségeinek tanulmányozásában. évtizedekben. A Remenschneider az állatokon végzett kísérletet fog vezetni a Massachusetts Eye & Ear kórházban. A kereskedelmi forgalomba hozatali erőfeszítések jelenleg zajlanak a Wyss Biológiailag Inspirált Mérnöki Intézettel Ida Pavlichenko irányítása alatt, aki Aizenberg laboratóriumának technológiai fejlesztési kutatója, aki egyben a PionEar bio-ihlette aspektusainak feltalálója.
"A két feltaláló feltárt megoldást egy olyan probléma megoldására, amely sok szempontból széles körű szenvedést eredményez, különösen a gyermekek" - mondja Ligler. "Senki sem tett ilyen ilyet korábban."
