Criando um projeto para tubos auriculares otimizados e outros dispositivos implantáveis ​​de transporte de fluidos – Strong The One

Como tratamento, os médicos podem inserir cirurgicamente tubos auriculares conhecidos como “tubos de timpanostomia” (TTs) no tímpano para criar uma abertura entre o canal auditivo e o ouvido médio. Idealmente, esses condutos ventilam o ouvido médio, fornecem uma rota para a drenagem do fluido e permitem que as gotas de antibiótico alcancem as bactérias causadoras da infecção. Mas, na realidade, esses pequenos dispositivos cilíndricos ocos feitos de plástico ou metal funcionam longe de serem perfeitos. As bactérias podem estabelecer biofilmes e o tecido local pode crescer em suas superfícies, o que bloqueia o lúmen dos TTs e faz com que eles sejam expelidos. Além disso, as gotas antibióticas aplicadas no canal auditivo podem não atingir mais o local da infecção. Essas complicações representam riscos e resultam na necessidade de frequentes cirurgias de substituição, gerando custos econômicos consideráveis ​​para o sistema de saúde.

É importante ressaltar que os problemas que afetam os TTs também afetam outros “condutos médicos implantáveis” (IMCs) de transporte de fluidos, como cateteres, shunts e vários pequenos tubos com uso no cérebro, fígado, olhos e outros órgãos onde uma barreira de alta pressão impede fluidos fluam através do conduíte. Na busca por dispositivos superiores, o desafio fundamental enfrentado pelos engenheiros biomédicos está enraizado no conflito de que a redução do tamanho e da capacidade de invasão dos dispositivos IMC acarreta o aumento do risco de bloqueio e mau funcionamento.

Agora, uma colaboração de pesquisa multidisciplinar no Wyss Institute for Biologicamente Inspired Engineering na Harvard University, Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) e Massachusetts Eye and Ear (MEE) em Boston fornece uma revisão completa do design para IMCs, criando uma estratégia amplamente aplicável que resolve esse desafio. Sua abordagem permite que os IMCs tenham transporte de fluido uni e bidirecional previsível e eficaz na escala milimétrica que resiste a várias contaminações. Com o exemplo de TTs fabricados a partir de um material líquido infundido (euTTs, abreviação de “tubos de timpanostomia infundidos”), eles cootimizaram funções difíceis de conciliar, incluindo administração rápida de medicamentos e drenagem de fluidos para fora do ouvido médio, resistência contra passagem de água de fora para o ouvido médio, como bem como a prevenção da adesão bacteriana e celular aos tubos, introduzindo uma nova geometria de lúmen curvo do tubo. As descobertas foram publicadas no recente artigo de capa da Ciência Medicina Translacional.

“Como otologista clínico, trato diariamente pacientes pediátricos e adultos com infecções de ouvido recorrentes e rotineiramente coloco tubos de timpanostomia, que em crianças é o procedimento cirúrgico mais comum realizado nos Estados Unidos. No entanto, a tecnologia de dispositivos médicos TT permaneceu relativamente inalterado nos últimos 50 anos”, disse o co-autor sênior Aaron Remenschneider, MD, MPH “Dadas nossas descobertas, vejo esperança no horizonte para pacientes com infecções de ouvido crônicas. euOs TTs demonstram uma redução na adesão celular e melhoram o transporte seletivo de fluidos, mas mostramos como euOs TTs resultam em menor cicatrização do tímpano e audição preservada quando comparados aos TTs de controle padrão. euOs TTs também podem se tornar uma ferramenta eficaz para fornecer uma variedade de medicamentos ao ouvido médio.” Remenschneider é professor na Harvard Medical School (HMS) e no MEE colabora estreitamente com co-autor, colega otologista do MEE e professor assistente do HMS Elliott Kozin, MD, que também investiga abordagens terapêuticas para distúrbios do ouvido no MEE.

Cientistas de materiais e clínicos ouvem atentamente — juntos

Antes dessa colaboração, a co-autora sênior Joanna Aizenberg, Ph.D., que é membro do corpo docente associado do Wyss Institute e professora Amy Smith Berylson de Ciências de Materiais na SEAS, foi pioneira em materiais bioinspirados com funcionalidades totalmente novas. Estes incluíram SLIPS (abreviação de “Slippery Liquid-Infused Porous Surfaces”), que expõe uma fina camada de líquido à base de óleo para evitar a bioincrustação por vários organismos enquanto permite interações específicas com outros fluidos. O grupo de Aizenberg aplicou a tecnologia SLIPS a diferentes problemas industriais e ambientais de “bioincrustação” e, em busca de necessidades não atendidas na área médica que seus materiais pudessem ajudar a resolver, eles consultaram Remenschneider, Kozin e outros médicos. Uma revisão completa do projeto de TTs e outros IMCs tornou-se o objetivo de uma colaboração de longa data conduzida pelo grupo de Aizenberg, Remenschneider e Kozin, que também incluiu outros pesquisadores e clínicos. Durante seu avanço, o projeto interinstitucional foi reconhecido como um Projeto de Validação no Instituto Wyss, que forneceu suporte financeiro, técnico e translacional adicional.

Os primeiros autores Haritosh Patel, estudante de pós-graduação em engenharia no laboratório de Aizenberg, e Ida Pavlichenko, Ph.D., ex-bolsista de desenvolvimento de tecnologia da Wyss começaram a desenvolver o primeiro euProtótipos TT, usando materiais com superfícies líquidas e a experiência em impressão 3D da co-autora Jennifer Lewis, Sd.D. na SEAS. “Como mãe de uma criança que teve infecções de ouvido recorrentes e algumas de suas dores e consequências prejudiciais, pude me relacionar imediatamente com o problema clínico e me senti fortemente compelido a liderar um projeto com potencial para resolvê-lo”, disse Pavlichenko. “Logo começamos a investigar a geometria como uma solução possível para solucionar o desafio fundamental do projeto dos IMCs. Surpreendentemente, existiam apenas TTs cilíndricos com canais retos de lúmen interno. euOs canais dos TTs podem permitir que eles discriminem diferentes fluidos em pequena escala.”

Enquanto foca em euTTs como primeira aplicaç&at