Gesundheit

Ohrröhrchen erhalten möglicherweise endlich ein Upgrade | Innovation

Im Massachusetts Eye and Ear, einem Harvard-Lehrkrankenhaus in Boston, wurde Nicole Black und ihren Klassenkameraden gesagt, sie sollten sich mit einem Otoskop in die Ohren sehen, um ihre Trommelfelle zu beleuchten. Blacks Kollegen bemerkten, dass sie Narbengewebe in ihrem Gehörgang hatte, und die Lehrer schlugen vor, dass die Narben durch Ohrschläuche verursacht wurden, die während ihrer Kindheit chirurgisch eingesetzt wurden, um wiederkehrende Ohrinfektionen zu behandeln.

Da Black damals noch ein Kleinkind war, kann sie sich nicht genau erinnern, wie ihre eigenen Erfahrungen damit waren Ohrschläuche , bei denen es sich um winzige Zylinder handelt, die in das Trommelfell eingeführt werden, um das Ohr richtig zu belüftet und schmerzhafte Verstopfungen zu vermeiden. Trotzdem haben sie bleibende Spuren hinterlassen und eines Tages könnte dieses Narbengewebe tissue zu Hörverlust führen . Ungefähr zur Zeit dieser Klassenübung unterzog sich Blacks Neffe einer Ohrrohroperation. Tatsächlich hatten mehrere andere Teammitglieder auch Angehörige, denen Schläuche implantiert wurden. Mit Blick auf ihren Neffen war Black motiviert, nach einer Lösung zu suchen, damit eine Ohrenentzündung in jungen Jahren vielleicht in Zukunft nicht ein ganzes Leben lang betroffen sein muss.



Black, ein Bioingenieur-Doktorand der Harvard University, hatte mit den Chirurgen von Massachusetts Eye and Ear, Aaron Remenschneider und Elliott Kozin, an anderen Mittelohrgeräten gearbeitet. Nachdem sie sich entschieden hatten, Möglichkeiten zur Verbesserung von Ohrschläuchen zu untersuchen, haben sie sich mit Materialwissenschaftlern aus Harvard zusammengetan, um PionEar zu entwickeln – einen winzigen bioinspirierten, 3D-gedruckten Ohrschlauch, der Narbenbildung sowie die Notwendigkeit wiederholter Einführoperationen reduziert.



Black und ihr Neffe sind keine Anomalien: geschätzt 80 Prozent der Kinder im Alter von drei Jahren mindestens eine Ohrenentzündung haben, und diese Infektionen machen mindestens 25 Millionen Arztbesuche jährlich. Die meisten Infektionen können mit Antibiotika behandelt werden – entweder oral oder über Ohrentropfen. Es wurde jedoch festgestellt, dass orale Antibiotika, die für die gesamte Palette bakterieller Infektionen bei Kindern verwendet werden, eine viele Nebenwirkungen side , entfallen fast 70.000 Notaufnahmen pro Jahr , und werden oft überstrapaziert. Die Zentren für die Kontrolle und Prävention von Krankheiten schätzen dass 30 Prozent aller in Kliniken, Arztpraxen und Notaufnahmen verordneten Antibiotika unnötig sind. Ohrentropfen können wirksam sein, aber in Fällen mit Komplikationen oder besonders verstopften Ohren ist es eine Herausforderung, die Tropfen tatsächlich in das Mittelohr zu bringen. Fast 700.000 Kinder unter 15 Jahren, die anfällig für Ohrinfektionen sind, die immer wieder auftreten, werden in den Vereinigten Staaten jedes Jahr mit chirurgisch implantierten Ohrschläuchen behandelt, so die American Academy of Otolaryngology – Head and Neck Surgery.

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Ohrschläuche verstopfen oft (links) oder extrudieren zu schnell (Mitte). Aktuelle Designs schränken auch die Möglichkeit ein, Ohrenentzündungen mit Ohrentropfen zu behandeln (rechts).(PionOhr)



Ohrschläuche sind jedoch auch keine narrensichere Lösung. Letztendlich ist ihr Zweck die Belüftung des Ohrs, um die Schmerzen zu lindern, und nicht die eigentliche Behandlung der Infektion. In der Vergangenheit wurden Ohrschläuche von Ärzten – nicht von Ingenieuren oder Physikern – hergestellt, vermutlich zur Not, um ihren Patienten Linderung zu verschaffen. Der erste Ohrschlauch wurde 1845 von Deutsche Wissenschaftler Gustav Lincke und Martell Frank und etwa ein halbes Dutzend Models waren dabei eingeführt von 1875 mit verschiedenen Materialien, darunter Gold, Silber, Aluminium und Gummi. In den 1950er Jahren führte Beverly Armstrong die erste gekerbte Röhre auf Vinylbasis ein, die immer noch die Grundlage für das ist, was heute verwendet wird. Am ursprünglichen Design hat sich wenig geändert.

Black und das Team fanden heraus, dass, wenn Ärzte Patienten mit Ohrschläuchen Ohrentropfen verschreiben, die Tropfen oft nicht das Mittelohr mit den Schläuchen erreichen und sich stattdessen an der Oberfläche des Schlauchs sammeln. Außerdem fallen die Schläuche oft zu früh aus, was die Kinder für eine weitere Operation ins Krankenhaus schickt, die invasiv, teuer und anstrengend werden kann.

Wir haben festgestellt, dass fast 40 Prozent der Ohrschläuche auf die eine oder andere Weise versagen, sagt Black, der auch ein Nebenfach verfolgt Sprach- und Hörbiowissenschaften und -technologie . Also gehen diese Kinder am Ende zurück in den Operationssaal. Dies ist besonders besorgniserregend für mich, da ich weiß, dass mein Neffe damit konfrontiert werden könnte.



Eine Lösung zu finden, die den Heilungsprozess beschleunigt, anstatt ihn zu verlängern, ist von entscheidender Bedeutung, insbesondere für junge Kinder, die eine Sprache entwickeln. Wenn Ohrenentzündungen wirklich schlimm sind und sich Schleim im Mittelohr ansammelt, hören Kinder im Grunde wie unter Wasser, sagt Black. Wenn sie ihre eigene Stimme oder ihre Eltern nicht hören können, kann dies einen großen Einfluss auf die Sprachentwicklung haben.

PionEar geht diese Probleme auf verschiedene Weise an. In erster Linie ist PionEar kleiner als ein herkömmlicher Ohrschlauch und sitzt gut im Mittelohr, um Narbenbildung und das Risiko eines frühen Herausfallens zu reduzieren. Zweitens verringert das Gerät die Wahrscheinlichkeit einer bakteriellen Infektion und zusätzlicher Verstopfung. Schließlich ermöglicht die Geometrie der PionEar-Ohrschläuche, dass Schleimablagerungen aus dem Ohr abfließen und Medikamente in das Mittelohr fließen und eine Infektion effektiv behandelt werden.

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Eine Schlüsselkomponente der Neuheit dieser Erfindung ist die Kombination dieser Effekte in einem einzigen Gerät, was eine ziemliche Herausforderung darstellt, sagt Michael Kreder, Miterfinder von PionEar und Doktorand für angewandte Physik, der am Harvard-Professor arbeitet Joanna Aizenbergs Biomechanik-Labor .

Um dieses zweite Ziel zu erreichen, ließ sich das Team von den fleischfressenden tropischen Kannenpflanzen der Nepenthaceae Familie, von denen die meisten für ihre unverwechselbare Champagnerflöte-ähnliche Form bekannt sind. Winzige poröse Nanostrukturen im becherförmigen Blatt der meisten Kannenpflanzen fangen Feuchtigkeit ein und schmieren den Rand des Bechers, so dass, sobald ein leckeres Insekt auf der Pflanze landet, es in einer Grube in den Tod rutscht an der Basis der Pflanze mit Verdauungsenzymen gefüllt.

Kreder und seine Kollegen rissen Kannenpflanzen ab und maskierten das darunterliegende feste Material des PionEar mit einer Flüssigkeitsschicht. Diese Konstruktion trägt letztendlich dazu bei, dass sich Bakterienfilme auf dem Ohrschlauch bilden und eine anhaltende Infektion verursachen.

PionEar vor kurzem gewann höchste Auszeichnungen Bei der Kollegialer Erfinderwettbewerb , den Goldpreis im Wert von 10.000 US-Dollar erhalten. Die National Inventors Hall of Fame veranstaltet den Wettbewerb in Partnerschaft mit dem US-amerikanischen Patent- und Markenamt. (Das USPTO arbeitet mit Smithsonian.com zusammen, um Geschichten über Innovation in der Smithsonian Institution und darüber hinaus zu unterstützen.) Das Team hat ein vorläufiges Patent angemeldet.

Die PionEar-Teammitglieder Michael Kreder und Nicole Black sprechen auf der Bühne mit Anthony Scardino, USPTO Chief Financial Officer, nachdem sie beim Collegiate Inventors Competition 2018 die Goldmedaille der Graduate Division gewonnen haben.

Die PionEar-Teammitglieder Michael Kreder und Nicole Black sprechen auf der Bühne mit Anthony Scardino, USPTO Chief Financial Officer, nachdem sie beim Collegiate Inventors Competition 2018 die Goldmedaille der Graduate Division gewonnen haben.(Nationale Hall of Fame der Erfinder)

Eine der Juroren des diesjährigen Wettbewerbs, die Biomedizin-Ingenieurin Frances Ligler von der North Carolina State University, die vor allem für ihre Arbeit mit Biosensoren bekannt ist, bemerkt, dass PionEar aufgrund seiner enormen potenziellen Reichweite besonders spannend ist.

PionEar hat das Potenzial, das Hören von Kindern zu einem kritischen Zeitpunkt ihrer Sprachentwicklung sicherer zu verbessern, die Schmerzen und Kosten von sich wiederholenden Operationen zu reduzieren und die Narbenbildung des Trommelfells mit dem damit verbundenen dauerhaften Hörverlust erheblich zu reduzieren, sagt Ligler.

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Ligler hofft, dass PionEar schnell die nächsten Phasen der Kommerzialisierung durchläuft, einschließlich der Patentzulassung, der FDA-Zulassung ihrer Materialien, Tiertests und klinischen Studien. Je früher, desto besser, sagt sie.

Black sagt, dass das Team das Design des Geräts mit 3D-Druckmethoden am Harvard-Professor weiter verbessern wird Das Bioengineering-Labor von Jennifer Lewis . Bald werden sie dazu übergehen, ihre Ohrrohre in dem Star-Labortier der HNO-Heilkunde, dem Chinchilla, zu testen, das – dank der großen Ohren des Nagetiers und ähnlichem Anfälligkeit für Ohrenentzündungen – ist seit Jahrzehnten maßgeblich an der Erforschung von Erkrankungen des Innen- und Mittelohrs beim Menschen beteiligt. Remenschneider wird die Tierstudie am Massachusetts Eye & Ear Hospital leiten. Kommerzialisierungsbemühungen sind im Gange Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering unter der Leitung von Ida Pavlichenko, a Forscher für Technologieentwicklung im Labor von Aizenberg der auch ein maßgeblicher Miterfinder der bioinspirierten Aspekte von PionEar ist.

Die beiden Erfinder erforschten ihre Lösung für ein Problem, das zu weit verbreitetem Leid, insbesondere bei Kindern, in vielen Facetten führt, sagt Ligler. So etwas hat noch niemand gemacht.



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