Kosteczki słuchowe ucha środkowego - kostka, kikut i strzemiączka - są najmniejszymi kośćmi w ludzkim ciele. Wszystkie trzy mogą zmieścić się na bilon, z miejscem na zapas. Ich zadaniem jest przekazywanie dźwięków z bębna usznego do płynu ucha wewnętrznego. Choroby, wypadki i guzy mogą uszkodzić te kości, powodując tzw. „Przewodzeniowy ubytek słuchu”. Lekarstwem jest delikatna operacja, w której kości zastępuje się małą protezą. Ale operacja ma stosunkowo wysoki odsetek niepowodzeń, około 25 do 50 procent.
Teraz naukowcy z University of Maryland Medical Center używają drukarek 3D do tworzenia dopasowanych kości ucha. Mają nadzieję, że te protezy poprawią obecną technologię i zwiększą skuteczność operacji.
Zespół złożony z radiologa i dwóch lekarzy zajmujących się uszami, nosem i gardłem wziął kosteczki z trzech ludzkich zwłok i usunął kości środkowe lub wszczepy. Następnie wykorzystali skaner CT do zrobienia zdjęć luk pozostawionych przez wszczepy i zaprojektowali małe protezy, aby pasowały do tych luk. Protezy różniły się zaledwie o ułamki milimetrów, a ich kąty były nieco inne.
Następnie badacze podali trzem protezom czterech różnych chirurgów i zgadli, który z nich trafił do którego ucha. Każdy chirurg niezależnie dopasował protezy do odpowiednich uszu.
„Powiedzieli, że nietrudno to rozgryźć” - mówi Jeffrey Hirsch, profesor radiologii, który kierował badaniami. „To było prawie jak Goldilocks - ta proteza była zbyt ciasna w tym uchu i zbyt luźna w tym uchu, ale w tym uchu jest w sam raz.”
Badanie zostało niedawno opublikowane w czasopiśmie 3D Printing in Medicine .
Następnym krokiem będzie przetestowanie protez pod kątem działania przy użyciu zwłok lub modeli zwierzęcych. Mogą przepuszczać wibracje przez protezę, aby zobaczyć, jak przesyła dźwięk.
Renderowanie protezy w miejscu (University of Maryland Medical Center) Zanim proteza będzie gotowa do użytku przez człowieka, trzeba będzie pokonać znaczące wyzwania. Obrazy CT użyte do stworzenia protez wykonano z czaszek zwłok, które zostały wycięte tak, aby obejmowały tylko część otaczającej kości. U żywego człowieka z nienaruszoną czaszką uzyskanie tych obrazów może być trudniejsze.
Potem jest kwestia materiału. Prototypy użyte w badaniu zostały wykonane z polimeru, który nie jest zatwierdzony przez FDA do trwałej implantacji u ludzi. Zespół ostatecznie będzie musiał znaleźć materiał biokompatybilny. Eksperymentują również z tym, czy protezę można zaprojektować z gofrową teksturą, aby była rusztowaniem dla komórek macierzystych. Następnie teoretycznie protezy mogłyby być wykonane z prawdziwej kości, co zmniejszyłoby ryzyko odrzucenia.
W ostatnich latach wielu badaczy wykorzystało druk 3D do stworzenia zewnętrznych uszu lub części uszu. Naukowcy z Wielkiej Brytanii i Kalifornii wykorzystali komórki macierzyste do wyhodowania uszu na rusztowaniach z nadrukiem 3D w celu leczenia dzieci z mikrotiami, wrodzonymi wadami ucha zewnętrznego. Naukowcy z Uniwersytetu Wake Forest opracowali zewnętrzne części ucha za pomocą drukarki 3D z wykorzystaniem żywych komórek i biodegradowalnych polimerów.
„Różne grupy badaczy zajmują się drukowaniem części ucha z powodu potrzeby ulepszonych technologii dla pacjentów z ubytkiem słuchu”, mówi Anthony Atala, dyrektor Wake Forest Institute for Regenerative Medicine.
Atala twierdzi, że badania na Uniwersytecie Maryland są „bardzo obiecujące, ponieważ struktury te odgrywają integralną rolę w funkcji słyszenia w uchu”.
Rola druku 3D w medycynie regeneracyjnej nie ogranicza się oczywiście do uszu. Naukowcy, w tym Atala i jego zespół, pracują nad opracowaniem technologii drukowania 3D dla wszystkich rodzajów części ciała, od skóry po kości i nerki. W 2012 r. Naukowcy wszczepili wydrukowaną w 3D tymczasową tchawicę dziecku urodzonemu z wrodzoną wadą, która spowodowała zapadnięcie się oskrzeli.
„Naprawdę uważam, że drukowanie 3D stanie się standardem opieki, gdy zajdzie potrzeba protezy, czy to stawu, czy ucha środkowego”, mówi Hirsch. „Standard opieki nie będzie standardowym elementem, ale komponentem zaprojektowanym specjalnie dla tego konkretnego pacjenta”.
