创建一个蓝图耳朵管和其他植入式fluid-transporting设备进行了优化

中耳感染,背后的充气空间包含微小振动鼓膜骨头的听力,每年影响全世界超过7亿人。儿童特别容易耳部感染,其中40%开发复发性或慢性感染可导致并发症像听力、言语和语言延迟,鼓膜穿孔,甚至致命的脑膜炎。

手术治疗,医生可能会插入耳朵管的已知作为“鼓膜置管”(TTs)到鼓膜之间创建一个开放耳道中耳。理想情况下,这些管道通风中耳,提供路线流体排出,使抗生素滴到细菌的藏污纳垢之所。但在现实中,这些小的塑料或金属制成的空心圆柱形设备功能远非完美。

生物膜细菌可以躺下和局部组织可以在其表面生长,哪些块TTs的内腔和使他们挤出。同时,抗生素滴耳剂应用于耳道可能不会达到感染的网站了。这些并发症带来的风险和导致频繁更换手术的需要,产生可观的经济成本到卫生保健系统。

重要的是,问题也影响TTs瘟疫其他fluid-transporting植入式医疗(imc),“导管”,如导管分流术,以及各种小管使用大脑,肝脏,眼睛和其他器官,高压屏障阻止流体流经管道的。追求卓越的设备,生物医学工程师所面临的基本挑战是根植于冲突,减少IMC设备的大小和侵袭性付出的价格增加的风险变得阻塞和故障。

现在,一个多学科的研究协作在哈佛大学生物工程研究所,哈佛大学约翰·a·保尔森工程和应用科学学院(海洋)和马萨诸塞州波士顿的眼睛和耳朵(梅伊)提供了一个完整的设计改革imc通过创建一个广泛适用的策略,解决了这一挑战。与可预见的和有效的方法使imc uni -在毫米和双向流体运输规模,抵制各种污染。

TTs捏造的例子从liquid-infused材料(itt公司,简称“注入鼓膜置管”),他们co-optimized很难协调功能,包括快速药物输送和排水的中耳液体,抵抗水从外面进入中耳,以及预防细菌和细胞粘附管,通过引入一种新颖的弯管腔几何。研究结果发表在近期的封面文章科学转化医学。

“作为一个临床耳科医生,我治疗儿科和成人患者中每天反复耳部感染和我经常鼓膜置管,这是最常见的儿童外科手术在美国进行。然而,TT医疗设备技术在过去的50年里保持相对不变,”文章的第二作者亚伦Remenschneider说,医学博士,每

"鉴于我们的发现,我确实看到希望为慢性耳部感染患者在地平线上。不仅我们的itt证明减少细胞粘附和改善选择性流体运输,但是我们展示了itt导致减少疤痕的耳膜和保存听力相比,TTs标准控制。itt公司也可以成为一个有效的工具提供一系列药物中耳。”

Remenschneider是哈佛医学院讲师(HMS),在梅伊与合著者密切合作,梅伊otologist-colleague, HMS艾略特Kozin助理教授,医学博士,他也研究治疗方法在梅伊耳疾患。

材料和临床科学家听密切合作

之前的这种合作,文章的第二作者乔安娜Aizenberg博士,谁是Wyss研究所的助理教员和艾米·史密斯Berylson材料科学教授,开创了仿生材料与全新的功能。这些包括滑(简称“滑Liquid-Infused多孔表面”),这暴露了一层薄薄的油性液体,防止生物淤积通过各种生物,同时支持特定的交互与其他液体。

Aizenberg组滑技术适用于不同的工业和环境“生物淤积”问题,在搜索医学领域的未满足的需求,他们的材料可以帮助解决,他们与Remenschneider咨询,Kozin和其他医生。TTs的完整设计改革和其他imc成为长期合作的目标由Aizenberg集团,和Remenschneider Kozin,也包括其他研究人员和临床医生。在进步,跨机构的项目被认为是验证项目Wyss研究所,提供额外的金融、技术、和转化的支持。

First-authors Haritosh Patel Aizenberg实验室毕业的工科学生,和艾达Pavlichenko博士前Wyss技术开发的开始发展第一iTT原型,使用材料和liquid-infused表面的3 d印刷专业知识合著者珍妮弗·刘易斯,Sd.D。在海洋。

“作为一个母亲的孩子经历过反复耳部感染和他们的一些疼痛和有害的后果,我可以立即与临床问题,并强烈地感到被迫先锋项目有可能解决它,“Pavlichenko说。

“我们很快就开始调查几何作为解决imc的可能的解决方案的基本设计的挑战。令人惊讶的是,只有圆柱TTs直内部腔通道存在。我们假设特定曲率引入itt的渠道可以让他们区分不同的液体在一个小规模的。”

同时关注itt的第一个应用程序,团队开发了一个更广泛的适用modeling-enabled设计过程,可以应用到imc在体内不同的任务和位置。基于液体的物理参数,材料,大小,它开始于特定几何形状的流体的基础预测的效果与liquid-infused imc捏造表面控制不同的定向运输液体。

“除了验证预测运输液体通过合理设计和制造iTT中耳的原型在体外模型,我们也展示了他们抵抗粘附的五种最常见的菌株导致耳朵感染孩子,”帕特尔说。压力是直接从患者慢性孤立耳部感染由作者保罗Bispo博士,另一个梅伊项目合作者和HMS助理教授。

移动接近人耳

调查itt的性能与传统相比TTs的体内模型与关联人耳,耳朵上的合作者测试他们的方法的,成了研究中耳疾病和治疗方法。栗鼠有鼓膜差不多大小的人类和类似的听觉频率范围,和Remenschneider Kozin梅伊研究实验室经常使用他们。

“检查所有重要的盒子,itt公司,当植入栗鼠的耳膜,远离环境水,防止传染性积聚,减少疤痕,仍清晰的曝气和压力均衡,”帕特尔说。

Pavlichenko补充说,“重要的是,他们保护听力,使更容易和可靠的剂量的抗生素滴耳剂中耳与传统TTs相比,这是特别令人兴奋。”

根据Remenschneider,“可靠的药物剂量通过itt中耳开门来反思我们中产甚至内耳条件的管理,像听力损失。”

“基于我们优秀的安全性和有效性的结果,itt下可以测试在人类临床试验的病人。但同样让我们兴奋的是我们的专利设计方法扩展到其他重要的imc,例如,作为大脑,分流术眼,胆管。技术和制造过程甚至会使创建个性化设备优化特定病人的特点和需要,”Aizenberg说。

“我们设想,itt公司和其他imc的材料和几何属性在未来可以逆向工程,以使其适应不同的药物制剂和使他们的药物发现过程的一部分有效的局部治疗和治疗各种疾病。”

“这是很好的例子会发生什么当你有创新的材料科学家、工程师、和临床医生携手合作,设计一种新的方法来满足特定病人的需求,”医学博士说,唐纳德·因格贝尔Wyss创始董事博士,他也是Judah Folkman HMS血管生物学教授和波士顿儿童医院,和Hansjorg Wyss Bioinspired工程教授。