Kolagenowe implanty słuchowe wytwarzane techniką druku 3D coraz bliżej wprowadzenia na rynek
Ubytek słuchu pochodzenia przewodzeniowego to schorzenie związane z nieprawidłowym funkcjonowaniem lub urazem ucha środkowego. Dotyka on ponad 5 % światowej populacji i ponad 15 % osób starszych. W ramach projektu COLLHEAR, korzystającego ze wsparcia w ramach programu działań „Maria Skłodowska-Curie”, opracowano nowatorski, dostosowany do wytwarzania techniką druku przestrzennego implant, który zastępuje kosteczki słuchowe w uchu środkowym. „Postanowiłem na nowo zaprojektować konstrukcję protezy”, mówi Mario Milazzo, główny badacz. Naukowiec opracował rozwiązanie o nowych kształtach geometrycznych, wykonane z kolagenu, zoptymalizowane pod kątem parametrów roboczych i przygotowane do wytwarzania techniką druku 3D. „Obecne technologie produkcji implantów ucha środkowego w ogóle nie przewidują stosowania druku 3D. Ja natomiast uważam, że to realne rozwiązanie, dzięki któremu będzie można wytwarzać protezy najlepsze pod względem kształtu i funkcjonalności”, wyjaśnia badacz.
Aparaty słuchowe nowej generacji
Milazzo, pracownik Scuola Superiore di Sant’Anna, wykonał prototypy na amerykańskich uczelniach – Instytucie Technologicznym Massachusetts (MIT) i Uniwersytecie Tufts – gdzie zrealizowano część prac w ramach projektu. Zastosowanie druku 3D wiązało się z wieloma wyzwaniami. „Urządzenia są bardzo małe, a drukowanie obiektów o wymiarach rzędu kilku milimetrów nie jest proste. Dobór właściwych parametrów produkcji to złożone zadanie”, zauważa Milazzo. Protezy wytwarzane są z kolagenu typu I oraz hydroksyapatytu, występującej w przyrodzie mineralnej postaci wapnia. „Są to naturalne składniki kości”, wyjaśnia Milazzo. Drukowanie z użyciem tych materiałów także sprawiało problemy: „Dostosowanie gęstości i lepkości kompozytu tak, by zapewnić niezawodny druk 3D, było poważnym wyzwaniem”, dodaje badacz. Problem ten udało mu się rozwiązać, po czym protezy zaczęto testować z użyciem ludzkich kości skroniowych. „Ze względu na kwestie natury administracyjnej i etycznej protez nie wszczepiano jeszcze pacjentom, choć jest to mój ostateczny – i niezwykle ekscytujący – cel”.
Parametry robocze
Wyniki były obiecujące. Ocena własności akustyczno-mechanicznych wykazała, że parametry protez są porównywalne z wyrobami dostępnymi na rynku. „Nasze rozwiązanie wyróżnia się zastosowaniem materiału o większej biokompatybilności”, mówi Milazzo. Prawdopodobieństwo odrzucenia takich implantów jest zatem mniejsze. Aby przekonać się, czy tak rzeczywiście jest, Milazzo umieścił gotowe implanty w bioreaktorze – urządzeniu odwzorowującym warunki fizykochemiczne panujące w środowisku, w którym proteza będzie ostatecznie używana. „Wykorzystałem bioreaktor opracowany wcześniej przez moich włoskich współpracowników, ale dostosowałem go do swoich celów”, dodaje Milazzo. Testy wykazały, że na powierzchniach protezy mogą zagnieżdżać się komórki nabłonkowe i mezenchymalne, co jest dobrym znakiem dla przyszłych badań in vivo. Działania związane z modelowaniem, wytwarzaniem i oceną własności akustyczno-mechanicznych zrealizowano w Stanach Zjednoczonych z udziałem MIT, Uniwersytetu Tufts oraz Massachusetts Eye & Ear – instytucji stowarzyszonej z Uniwersytetem Harvarda. Ocenę biologiczną przeprowadzono we Włoszech, wykorzystując urządzenia należące do Scuola Superiore di Sant’Anna i Uniwersytetu w Pizie.
Kolejne kroki
Obecnie Milazzo aktywnie prowadzi rozmowy z partnerami projektu i lekarzami zajmującymi się medycyną głowy i szyi, szukając nowych źródeł finansowania, które umożliwią dalsze prace nad mikroprotezami. „Stypendium w ramach działania »Maria Skłodowska-Curie« pozwoliło mi poszerzyć wiedzę i umiejętności, a także poznać czołowych naukowców z całego świata i nawiązać z nimi współpracę. Możliwości te w dużym stopniu przyczyniły się do mojego rozwoju osobistego i naukowego”.
Słowa kluczowe
COLLHEAR, implanty słuchowe, kolagen, druk 3D, ubytek słuchu pochodzenia przewodzeniowego, aparaty słuchowe, ucho, protezy