ボストンのハーバード大学教育病院であるマサチューセッツ州の目と耳で、ニコルブラックと彼女のクラスメートは、耳鏡を使って鼓膜を照らして互いの耳の中を見るように言われました。 ブラックの仲間は、彼女が外耳道に瘢痕組織を持っていることに気づき、インストラクターは、幼年期に繰り返し耳の感染症を治療するために外科的に挿入された耳管が原因である可能性があると示唆しました。
ブラックは当時は幼児だったため、耳のチューブを使って自分の経験がどのようなものであったかを正確に覚えていません。これは鼓膜に挿入された小さなシリンダーで、耳を適切に換気し、痛みを伴う目詰まりを防ぎます。 それでも、彼らは永続的な跡を残し、ある日、この瘢痕組織は難聴につながる可能性がありました。 このクラスのエクササイズの頃、黒人のは耳管手術を受けました。 実際、他のチームメンバーの何人かには、チューブを移植する愛する人もいました。 彼女のneを念頭に置いて、黒は解決策を探すように動機付けられたので、おそらく将来、若い時に耳の感染症にかかっても、生涯にわたって人に影響を与える必要はありません。
ハーバード大学の生物工学博士課程の候補者であるブラックは、マサチューセッツ州の目と耳、アーロン・レメンシュナイダー、エリオット・コジンの外科医と他の中耳装置で働いていました。 イヤーチューブを改善する方法を調査することを決めた後、彼らはハーバード大学の材料科学研究者と協力して、PionEarを作成しました。
黒人と彼女のareは異常ではありません。推定80％の子供は3歳になるまでに少なくとも1つの耳の感染症を患っており、これらの感染症は毎年少なくとも2500万人の医師の診察を受けます。 ほとんどの感染症は、抗生物質で治療することができます-経口または点耳を介して。 しかし、子供が遭遇するあらゆる範囲の細菌感染症に使用される経口抗生物質は、多くの副作用があり、年間7万件近くの緊急治療室の訪問を占めていることがわかっており、しばしば過剰に使用されています。 疾病対策予防センターは、診療所、診療所、およびERで処方されるすべての抗生物質の30％が不要であると推定しています。 点耳は効果的な場合がありますが、合併症や耳が特に詰まっている場合は、実際に中耳に点滴を入れるのが困難です。 米国耳鼻咽喉科学会の頭頸部外科によると、15歳未満で何度も再発する耳の感染症の傾向がある700, 000人近くの子供は、毎年米国で外科的に移植された耳管で治療されています。
耳の管はしばしば詰まる（左）か、あまりにも速く押し出されます（中央）。 現在の設計では、点耳による耳の感染症の治療能力も制限されています（右）。 （PionEar） しかし、イヤーチューブも絶対確実な解決策ではありません。 最終的に、彼らの目的は、実際に感染症を治療するのではなく、痛みを軽減するために耳を換気することです。 歴史的に、イヤチューブは、おそらく患者を安心させるために、技術者や物理学者ではなく医師によって作成されました。 最初の耳管は1845年にドイツの科学者グスタフリンケとマーテルフランクによって作成され、1875年までに金、銀、アルミニウム、ゴムなどのさまざまな材料を使用して約6種類のモデルが導入されました。 1950年代、ビバリーアームストロングは、今日使用されているものの基礎である最初のノッチ付きビニールベースチューブを導入しました。 元のデザインにはほとんど変更がありません。
ブラックとチームは、医師がチューブ付き患者に点耳薬を処方すると、しばしばチューブが入っている状態でドロップが中耳に届かず、代わりにチューブの表面に溜まることを発見しました。 さらに、チューブはしばしばあまりにも早く脱落するため、子供は別の手術のために病院に戻され、侵襲的で高価で疲れる可能性があります。
「イヤーチューブのほぼ40パーセントが何らかの形で故障することがわかりました」と語るBlackは、音声と聴覚のバイオサイエンスとテクノロジーの未成年者を追求しています。 「それで、これらの子供たちは手術室に戻ることになります。 これは、私のneがこれに直面する可能性があることを知っている私にとって特に心配です。」
特に言語を発達させている幼い子供にとって、癒しのプロセスを長引かせるのではなく促進する解決策を見つけることが重要です。 耳の感染症が本当に悪く、粘液が中耳に蓄積されると、子供たちは「基本的には水中にいるように聞こえます」とブラックは言います。 自分の声や両親の声が聞こえない場合、これはスピーチの発達に大きな影響を与える可能性があります。
PionEarはこれらの問題にいくつかの方法で対処します。 何よりもまず、PionEarは従来のイヤーチューブよりも小さく、瘢痕化と早期脱落のリスクを軽減するために中耳にぴったりとフィットします。 第二に、デバイスは細菌感染と追加の目詰まりの可能性を減らします。 最後に、PionEarイヤチューブのジオメトリにより、粘液の蓄積が耳から排出され、薬が中耳に流れ込み、感染症を効果的に治療します。
「本発明の新規性の重要な要素は、これらの効果を単一のデバイスに組み合わせることであり、非常に困難です」と、ハーバード大学のジョアンナ・アイゼンバーグのバイオメカニクスで働く応用物理学博士候補のマイケル・クレダー氏は言います。ラボ。
その2番目の目標を達成するために、チームはネペンサ科の肉食性の熱帯のピッチャー植物からインスピレーションを引き出しました。そのほとんどは、独特のシャンパンフルートのような形で知られています。 ほとんどのピッチャー植物のカップ状の葉の中にある小さな多孔質ナノ構造は、水分を閉じ込めて「カップ」の縁を滑らかにします。そのため、おいしい昆虫が植物に着地すると、滑り落ちて死んでしまいます。消化酵素で満たされた植物の基部のピット。
クレダーと彼の同僚は、ピッチャー植物を剥ぎ取り、PionEarの基礎となる固体材料を液体層で覆い隠しました。 この構造は、最終的に、細菌膜が耳管に形成されて持続感染を引き起こすのを防ぐのに役立ちます。
PionEarは、Collegiate Inventors Competitionで最優秀賞を受賞し、10, 000ドル相当の金賞を受賞しました。 National Inventors Hall of Fameは、米国特許商標庁と提携して競争に参加しています。 （USPTOは、Smithsonian.comと提携して、スミソニアン研究所およびそれ以降のイノベーションに関する記事をサポートしています。）チームは仮特許を申請しています。
PionEarチームのメンバーであるMichael KrederとNicole Blackは、2018 Collegiate Inventors Competitionで大学院部門の金メダルを獲得した後、USPTOの最高財務責任者であるAnthony Scardinoとステージで話します。 （National Inventorsの殿堂） 今年のコンペティションの審査員の一人、バイオセンサーの研究で最もよく知られているノースカロライナ州立大学の生物医学エンジニアのフランシス・リグラーは、PionEarの大きな可能性のおかげで特に興奮していると述べています。
「PionEarは、発話発達の重要な時期に子供の聴力をより安全に改善し、反復手術の痛みとコストを削減し、永続的な難聴に伴う鼓膜の瘢痕を大幅に削減する可能性があります」とLigler氏は言います。
リグラーは、PionEarが特許の承認、材料のFDAの承認、動物実験、臨床試験など、商業化の次の段階に迅速に移行することを期待しています。 「早ければ早いほど良い」と彼女は言う。
ブラック氏によると、チームはハーバード大学のジェニファー・ルイス教授の生物工学研究室で、3Dプリンティング手法を使用してデバイスの設計を改善し続けるという。 すぐに、彼らは耳鼻咽喉科の星の実験動物であるチンチラで耳管をテストする方向に移行します。数十年。 レメンシュナイダーは、マサチューセッツ州の眼と耳の病院で動物研究をリードします。 アイゼンバーグの研究所の技術開発研究者であり、PionEarのバイオインスピレーションを受けた側面の共同開発者でもあるIda Pavlichenkoの指導の下、Wyss Institute for Biologically Inspired Engineeringとの商業化の取り組みが進行中です。
「2人の発明者は、多くの面から、特に子供たちの広範な苦痛をもたらす問題の解決策を検討しました」とLigler氏は言います。 「誰もこのようなことをしたことがありません。」
