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Los tubos auditivos finalmente pueden obtener una actualización

En Massachusetts Eye and Ear, un hospital universitario de Harvard en Boston, a Nicole Black y sus compañeros de clase se les dijo que se miraran dentro de los oídos usando un otoscopio para iluminar sus tímpanos. Los compañeros de Black notaron que tenía tejido cicatricial en el canal auditivo y los instructores sugirieron que la cicatrización pudo haber sido causada por tubos auditivos que se insertaron quirúrgicamente durante su infancia para tratar las infecciones recurrentes del oído.

Debido a que Black era una niña pequeña en ese momento, no recuerda exactamente cómo fue su propia experiencia con los tubos auditivos, que son pequeños cilindros insertados en el tímpano para mantener el oído adecuadamente ventilado y evitar obstrucciones dolorosas. Pero aún así, dejaron una marca duradera, y un día, este tejido cicatricial podría provocar pérdida de audición. Alrededor del momento de este ejercicio de clase, el sobrino de Black se sometió a una cirugía de tubo auditivo. De hecho, varios otros miembros del equipo también tenían seres queridos a los que se les implantaron tubos. Con su sobrino en mente, Black estaba motivada para buscar una solución, de modo que tal vez en el futuro, contraer infecciones de oído a una edad temprana no tenga que afectar a una persona para toda la vida.

Black, un candidato a doctorado en bioingeniería de la Universidad de Harvard, había estado trabajando con cirujanos de Massachusetts Eye and Ear, Aaron Remenschneider y Elliott Kozin, en otros dispositivos del oído medio. Después de decidir investigar formas de mejorar los tubos auditivos, se unieron con investigadores de la ciencia de los materiales de Harvard para crear PionEar, un pequeño tubo auditivo bio-inspirado, impreso en 3D que reduce las cicatrices y la necesidad de una cirugía de inserción repetida.

Black y su sobrino no son anomalías: se estima que el 80 por ciento de los niños tendrán al menos una infección de oído cuando tengan tres años, y estas infecciones representan al menos 25 millones de visitas al médico anualmente. La mayoría de las infecciones se pueden tratar con antibióticos, ya sea por vía oral o mediante gotas para los oídos. Pero se ha descubierto que los antibióticos orales utilizados para toda la gama de infecciones bacterianas que enfrentan los niños tienen una serie de efectos secundarios, que representan casi 70, 000 visitas a la sala de emergencias por año, y a menudo se usan en exceso. Los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades estiman que el 30 por ciento de todos los antibióticos recetados en clínicas, consultorios médicos y salas de emergencias son innecesarios. Las gotas para los oídos pueden ser efectivas, pero para los casos con complicaciones u oídos que están especialmente obstruidos, en realidad llevar las gotas al oído medio es un desafío. Según la Academia Estadounidense de Otorrinolaringología (Cirugía de Cabeza y Cuello), en los Estados Unidos cada año se trata a unos 700, 000 niños menores de 15 años, que son propensos a infecciones del oído que reaparecen una y otra vez, con tubos de oído implantados quirúrgicamente.

ear_tubes_web.jpg Los tubos auditivos a menudo se obstruyen (izquierda) o se extruyen demasiado rápido (centro). Los diseños actuales también limitan la capacidad de tratar las infecciones del oído con gotas para los oídos (derecha). (PionEar)

Sin embargo, los tubos auditivos tampoco son una solución infalible. En última instancia, su propósito es ventilar el oído para reducir el dolor, no para tratar realmente la infección. Históricamente, los tubos auditivos fueron creados por médicos, no ingenieros o físicos, presumiblemente en un apuro para proporcionar alivio a sus pacientes. El primer tubo auditivo fue creado en 1845 por los científicos alemanes Gustav Lincke y Martell Frank, y alrededor de media docena de modelos se introdujeron en 1875 con diferentes materiales, como oro, plata, aluminio y caucho. En la década de 1950, Beverly Armstrong presentó el primer tubo con muescas a base de vinilo que sigue siendo la base de lo que se usa hoy en día. Ha habido pocos cambios en el diseño original.

Black y el equipo descubrieron que cuando los médicos recetan gotas para los oídos a pacientes con tubos auditivos, a menudo las gotas no llegan al oído medio con los tubos y, en cambio, terminan acumulándose en la superficie del tubo. Además, los tubos a menudo se caen demasiado pronto, lo que envía a los niños de regreso al hospital para otra operación, que puede ser invasiva, costosa y agotadora.

"Descubrimos que casi el 40 por ciento de los tubos auditivos terminan fallando de una forma u otra", dice Black, quien también persigue a un menor en biociencia y tecnología del habla y la audición. “Entonces estos niños terminan volviendo a la sala de operaciones. Esto es especialmente preocupante para mí saber que mi sobrino podría enfrentar esto ".

Encontrar una solución que agilice el proceso de curación en lugar de prolongarlo es vital, especialmente para los niños pequeños que están desarrollando el lenguaje. Cuando las infecciones del oído son realmente malas y se acumula mucosidad en el oído medio, los niños "básicamente escuchan como si estuvieran bajo el agua", dice Black. Si no pueden escuchar su propia voz o la de sus padres, esto puede tener un gran impacto en el desarrollo del habla.

PionEar aborda estos problemas de varias maneras. En primer lugar, PionEar es más pequeño que un tubo auditivo tradicional y se ajusta perfectamente en el oído medio para reducir las cicatrices y el riesgo de que se caigan temprano. En segundo lugar, el dispositivo reduce la posibilidad de infección bacteriana y obstrucción adicional. Por último, la geometría de los tubos auditivos PionEar permite que la acumulación de mucosidad salga del oído y que la medicina fluya hacia el oído medio y trate eficazmente una infección.

"Un componente clave de la novedad de esta invención es la combinación de estos efectos en un solo dispositivo, lo cual es bastante desafiante", dice Michael Kreder, co-inventor de PionEar y candidato a doctorado en física aplicada que trabaja en la biomecánica de la profesora de Harvard Joanna Aizenberg. laboratorio.

Para lograr ese segundo objetivo, el equipo se inspiró en las plantas carnívoras de jarra tropical de la familia Nepenthaceae, la mayoría de las cuales son conocidas por su forma distintiva de flauta de champán. Pequeñas nanoestructuras porosas dentro de la hoja en forma de copa de la mayoría de las plantas de jarra atrapan la humedad y lubrican el borde de la "copa", de modo que una vez que un sabroso insecto aterriza en la planta, es enviado por un resbalón y deslizamiento hasta su muerte en Un hoyo en la base de la planta lleno de enzimas digestivas.

A partir de las plantas de jarra, Kreder y sus colegas enmascararon el material sólido subyacente del PionEar con una capa líquida. Esta construcción en última instancia ayuda a evitar que se formen películas bacterianas en el tubo auditivo y causen una infección persistente.

PionEar recientemente ganó los máximos honores en la competencia de inventores colegiales, recibiendo el premio de oro por valor de $ 10, 000. El Salón de la Fama de los Inventores Nacionales participa en la competencia en asociación con la Oficina de Patentes y Marcas de los Estados Unidos. (La USPTO se asocia con Smithsonian.com para apoyar historias sobre innovación en la Institución Smithsonian y más allá). El equipo ha solicitado una patente provisional.

Los miembros del equipo PionEar, Michael Kreder y Nicole Black, hablan en el escenario con Anthony Scardino, director financiero de la USPTO, después de ganar la medalla de oro de la División de Graduados en la Competencia de inventores colegiados 2018. Los miembros del equipo PionEar, Michael Kreder y Nicole Black, hablan en el escenario con Anthony Scardino, director financiero de la USPTO, después de ganar la medalla de oro de la División de Graduados en la Competencia de inventores colegiados 2018. (Salón de la fama de inventores nacionales)

Uno de los jueces de la competencia de este año, la ingeniera biomédica Frances Ligler de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, mejor conocida por su trabajo con biosensores, señala que PionEar es especialmente emocionante debido a cómo alcanza su vasto potencial.

"PionEar tiene el potencial de mejorar la audición en los niños de manera más segura en un momento crítico en el desarrollo del habla, reducir el dolor y el costo de las cirugías repetitivas, y reducir significativamente la cicatrización del tímpano con la pérdida auditiva permanente asociada", dice Ligler.

Ligler espera ver a PionEar avanzar rápidamente a través de las siguientes fases de comercialización, incluida la aprobación de patentes, la aprobación de la FDA de sus materiales, pruebas en animales y ensayos clínicos. "Cuanto antes, mejor", dice ella.

Black dice que el equipo continuará mejorando el diseño del dispositivo utilizando métodos de impresión 3D en el laboratorio de bioingeniería de la profesora de Harvard Jennifer Lewis. Pronto, avanzarán hacia la prueba de sus tubos auditivos en el animal de laboratorio estrella de otorrinolaringología, la chinchilla, que, gracias a las orejas grandes del roedor y la susceptibilidad similar a las infecciones del oído, ha sido fundamental para estudiar las enfermedades del oído interno y medio en humanos para décadas. Remenschneider dirigirá el estudio con animales en el hospital Massachusetts Eye & Ear. Se están realizando esfuerzos de comercialización con el Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada bajo la guía de Ida Pavlichenko, investigadora de desarrollo tecnológico en el laboratorio de Aizenberg, quien también es un co-inventor instrumental de los aspectos bioinspirados de PionEar.

"Los dos inventores exploraron su solución a un problema que resulta en un sufrimiento generalizado, especialmente de los niños, desde muchas facetas", dice Ligler. "Nadie ha hecho algo así antes".

Los tubos auditivos finalmente pueden obtener una actualización