Nowa komorowa protezka strzemiączka

Strzemiączko – najmniejsza z kości w ciele człowieka. Nieustannie drga, przekazując dźwięki ze świata zewnętrznego do ślimaka. W ślimaku drgania mechaniczne zamieniane są na impulsy elektryczne, które drogą nerwową przekazywane są do mózgu. Dzięki temu słyszymy. Zdarza się jednak, że strzemiączko przestanie drgać. Tak dzieje się na przykład w przypadku zmian chorobowych zwanych otosklerozą. Ograniczenie lub brak drgań strzemiączka prowadzi do znacznego niedosłuchu i związanego z tym dyskomfortu w codziennym funkcjonowaniu człowieka. Pacjentom proponowana jest wtedy operacja chirurgiczna, tzw. stapedotomia. Polega ona na usunięciu suprastruktury strzemiączka, wykonaniu otworu (o średnicy ok. 0.4-0.6 mm) w nieruchomej płytce strzemiączka i zaimplantowaniu protezki (Rys. 1).

Rys. 1. Sposób pobudzania do drgań płynu perylimfatycznego w uchu zdrowym i po operacji stapedotomii

Wszystkie obecnie stosowane protezki są protezkami tłoczkowymi. Stymulacja ślimaka za pomocą tradycyjnej protezki tłoczkowej nie jest doskonała. Zasadniczą wadę takiej protezki stanowi  generowanie zbyt słabej fali ciśnieniowej w płynie perylimfatycznym. Wynika to z około 16-krotnie mniejszej powierzchni drgającego tłoczka (ok. 0.2 mm²) w porównaniu z powierzchnią płytki strzemiączka (ok. 3.2 mm²). Ponadto umieszczenie drgającego tłoczka w przedsionku ślimaka stwarza ryzyko wystąpienia zaburzeń równowagi. Istnieje również niebezpieczeństwo przypadkowego wysunięcia się tłoczka z otworu w płytce strzemiączka, co może doprowadzić do częściowej utraty płynu perylimfatycznego oraz ułatwić wprowadzenie infekcji do ucha wewnętrznego. U pewnej grupy chorych po pewnym czasie obserwuje się unieruchomienie tłoczka i brak poprawy słuchu.

W związku z powyższym rodzą się pytania: „Czy można skonstruować lepszą protezkę strzemiączka?”, „Jak taka protezka mogłaby funkcjonować?”, „Czy można wyprodukować i wdrożyć do praktyki klinicznej taką lepszą protezkę?”.

Aby na nie odpowiedzieć, w roku 2009 powstał interdyscyplinarny zespół złożony z naukowców Politechniki Warszawskiej oraz Instytutu Fizjologii i Patologii Słuchu. Dzięki finansowaniu otrzymanemu z Narodowego Centrum Nauki przez trzy lata (2009-2012) prowadzono badania podstawowe publikując wyniki na konferencjach i w renomowanych czasopismach naukowych. Jednocześnie członkowie zespołu wymyślili i opatentowali konstrukcję nowej komorowej protezki strzemiączka**.

Ta nowa konstrukcja naśladuje budowę fizjologicznej okolicy niszy okienka owalnego. Protezka posiada sztywną tarczę (odpowiednik strzemiączka) zawieszoną na podatnej membranie (odpowiednik więzadła obrączkowego strzemiączka) połączonej z komorą wypełnioną płynem (odpowiednik przedsionka ślimaka). Procedura implantacji nowej protezki jest taka sama, jak procedura implantacji protezki tłoczkowej.

Po badaniach podstawowych nadszedł czas na zbudowanie prototypu (Rys. 2) i sprawdzenie, czy nowa protezka funkcjonuje zgodnie z oczekiwaniami. Pierwsze dwa prototypy wykonała firma Potomac Photonic z USA. Kolejne kilka sztuk naukowcy otrzymali bezpłatnie z firmy CAD-MECH Sp. z o.o z Wrocławia. Duży wkład w powstanie prototypu miała również praca studentki Wydziału Elektroniki i Technik Informacyjnych Politechniki Warszawskiej, inż. Magdaleny Sołygi, która z wielką precyzją wykonała membranę łączącą dwie sztywne części protezki. Membrana jest jej kluczowym elementem, gdyż umożliwia przenoszenie drgań z tarczy protezki do płynu perylimfatycznego w ślimaku.

Rys. 2 Prototyp nowej komorowej protezki strzemiączka

Czekając na rozstrzygnięcie konkursu Tango, w styczniu 2015 roku w Kajetanach zorganizowano pilotażowe badania prototypu. Ponieważ naukowcy nie  dysponowali środkami finansowymi na te badania, przeprowadzono je przy bezinteresownemu zaangażowaniu i pomocy wielu osób. Dzięki uprzejmości prof. Henryka Skarżyńskiego, Dyrektora IFiPS, badacze mogli przez dwa dni korzystać z pomieszczeń laboratoryjnych Światowego Centrum Słuchu.

Projekt wsparli również prof. Tadeusz Uhla z krakowskiej AGH oraz Jakub Żak z firmy EC test System z Krakowa, którzy zapewnili możliwość skorzystania z wysokiej klasy wibrometru skanującego PSV400 firmy Polytec. Wibrometr przywieźli i obsługiwali dwaj inżynierowie: Piotr Gawęcki i Wojciech Paluch. Dzięki zaangażowaniu i umiejętnościom otochirurgicznym doktora Macieja Mrówki prototyp naszych naukowców mógł zostać zaimplantowany w preparacie kości skroniowej.

Badania eksperymentalne potwierdziły, że nowa protezka przenosi drgania o wiele lepiej niż rynkowe protezki tłoczkowe. Niespełna miesiąc po badaniach pilotażowych NCBiR ogłosiło wyniki oceny wniosków złożonych w konkursie Tango.

Tak komentuje ten fakt dr inż. Monika Kwacz z Wydziału Mechatroniki Politechniki Warszawskiej, kierownik przedsięwzięcia: – Z wielką radością zobaczyliśmy, że nasz projekt pt. „Nowa komorowa protezka strzemiączka” znajduje się na liście rankingowej pozytywnie zaopiniowanych wniosków z bardzo wysoką oceną końcową. Czeka nas zatem dalsza praca, która być może za kilka lat doprowadzi do wdrożenia nowej protezki do praktyki klinicznej.

Życzymy powodzenia i dalszych sukcesów!

TANGO jest wspólnym przedsięwzięciem NCN i NCBR, zawartym w celu ułatwienia jednostkom naukowym i uczelniom wprowadzania na rynek nowoczesnych technologii, produktów i usług oraz wzmocnienia współpracy naukowców z przedsiębiorcami. W jego ramach finansowane są m.in.: koncepcje wykorzystania gospodarczego uzyskanych wcześniej wyników prac badawczych, pozyskiwanie partnerów zainteresowanych ich wdrożeniem oraz zabezpieczenie praw do ochrony własności intelektualnej. Wśród wyróżnionych projektów, które powstały w Politechnice Warszawskiej, znalazło się jeszcze opracowanie Wydziału Inżynierii Materiałowej „Zastosowanie cieczy nienewtonowskich w układach absorbujących energię”.

* np. Wysocki i in. The Laryngoscope, 2011, 121:1958-64; Kwacz i in. Acta Bioeng & Biomech, 2012, 14:67-73; Kwacz i in. Biomech Model Mechanobiol, 2013, 12:1243-61; Kwacz i in. Hear Res, 2014, 310:13-26.
** Patent PL 395333, Komorowa protezka ucha środkowego, 23.12.2013, uprawniony: Politechnika Warszawska, twórcy: W.Gambin, M.Kwacz, M.Mrówka.