Что требуется для разработки новой иглы для медицинского применения? Когда игла должна быть намного тоньше и острее любой существующей на рынке иглы и предназначена для проведения лечения ранее недоступной ткани, ответом являются годы сотрудничества сплоченной команды врачей и инженеров.
Создатели иглы в Колумбии — ЛОР-хирург Анил Лалвани и инженер-механик Джеффри Кисар — убеждены, что их сверхострое и сверхтонкое устройство вскоре станет важнейшим инструментом в лечении потери слуха и других заболеваний внутреннего уха. «Не будет преувеличением сказать, что наша микроигла может стать ключом к прецизионной медицине внутреннего уха», — говорит Лалвани.
В интервью они рассказали о том, как двенадцать лет назад началось их партнерство, что входит в разработку медицинского устройства и почему они считают, что их микроигла произведет революцию в лечении потери слуха и других заболеваний внутреннего уха.
Зачем медицине нужна эта игла?
АЛ: Сейчас мы находимся на пороге генной терапии, которая может восстановить слух, регенерируя клетки в наших ушах, которые мы теряем после многих лет воздействия громких шумов. Но у нас на самом деле нет способа доставить эту терапию точным, предсказуемым и безопасным способом.
Это потому, что эти клетки находятся внутри почти недоступного контейнера во внутреннем ухе, называемого улиткой. Улитка — это спиральная, заполненная жидкостью кость, самая твердая кость в нашем теле
В улитке есть крошечная мембрана — шириной около 2 мм — которая теоретически могла бы дать нам доступ. Но мембрана неизменно рвется, когда вы пытаетесь сделать отверстие стандартными хирургическими инструментами. Когда это происходит, вы можете навсегда потерять слух и чувство равновесия.
Вот одна из причин, по которой мы работаем над этой микроиглой: возможность вводить терапию в улитку, не разрывая мембрану.
Другой способ — использовать иглу для взятия жидкости из улитки для диагностики заболеваний внутреннего уха, таких как болезнь Меньера, которая вызывает головокружение, тошноту и потерю слуха. Взяв пробу жидкости из внутреннего уха, мы сможем лучше понять болезнь Меньера, что также поможет нам найти более эффективные методы лечения в будущем.
Как началось ваше сотрудничество?
АЛ: На самом деле, у нас была наша встреча-милая или милая-встреча, как бы это ни называлось, через двух наших постдоков, которые были друзьями. Они поняли, что мы могли бы сформировать действительно хорошее партнерство.
JK: Я представлял, что врачи могут получить доступ к любому месту в человеческом теле. Но когда я впервые встретился с Анилом, он сказал мне, что нет, внутреннее ухо — это практически неизвестная сущность: из него ничего нельзя сделать инъекцию или удалить. Вот что привлекло мое внимание.
В ту субботу, я думаю, я пошел в книжный магазин и взял книгу по анатомии человека. Затем я начал просматривать литературу по биомедицинской инженерии, чтобы узнать, что известно о мембране. И я нашел очень мало. Сколько неисследованных тканей осталось в человеческом теле для изучения? У этой ткани были очень интересные свойства, как геометрические, так и механические, поэтому она показалась мне фантастической возможностью.
Какие трудности возникли при создании иглы?
JK: Итак, позвольте мне немного поговорить о теории того, почему вещи ломаются. Это общая тема моего исследования.
С инженерной точки зрения мембрану можно представить как плотно натянутый брезент. Если сделать в брезенте очень маленькую дырочку, то она не будет увеличиваться спонтанно. Но если дырочка больше критического размера, то она будет увеличиваться спонтанно и разорвет брезент. Инженерная теория говорит нам, что если мы сможем сделать в мембране дырочку меньше этого критического размера, то мембрана не порвется.
Нам просто нужно было сделать микроиглу меньше этого критического размера, примерно с ширину человеческого волоса в случае мембраны. Также необходимо, чтобы игла была сверхострой, чтобы минимизировать повреждение ткани в процессе перфорации, что способствует заживлению мембраны после процедуры.
Мы перепробовали много разных способов изготовления иглы. Вскоре после того, как мы начали наше сотрудничество, стал доступен метод 3D-печати, и это была технология, которая позволила. Двухфотонная фотолитография позволяет получить так называемое воксельное разрешение около 200 нанометров, около десятой доли процента от диаметра волоса, очень, очень мало. Благодаря этому мы можем печатать иглы, которые будут чрезвычайно острыми и будут сделаны из полимеров, таких как эпоксидная смола, которую можно купить в хозяйственном магазине. Наши иглы во много раз острее любых имеющихся в продаже игл.
Мы потратили много времени и усилий на то, чтобы иглы были достаточно прочными. У нас были образцы, которые ломались, или каналы внутри не формировались должным образом, или кончик затуплялся. Это неотъемлемая часть того, что мы делаем как инженеры, выяснять, как мы можем улучшить конструкцию.
Откуда вы знаете, что эти иглы сделают то, что вам нужно?
АЛ: Мы провели десятки и десятки операций на животных, и мы никогда не видели никаких негативных последствий или потери слуха. Микроигла не делает отверстие больше, чем размер иглы, и отверстие заживает в течение 48 часов или около того.
Мы также показали потенциальную ценность микроиглы, поскольку эта область не существовала до создания нами устройства.
В одной из наших последних статей [опубликованной в Academic Radiology ] мы использовали микроиглу для инъекции контрастного вещества во внутренний год морских свинок, чтобы мы могли использовать МРТ для изучения размеров различных камер в улитке. Это может помочь нам в диагностике болезни Меньера, при которой средняя камера становится намного больше. Прямо сейчас визуализация улитки человека затруднена. Если мы сможем диагностировать болезнь Меньера более точно, это должно привести к лучшим клиническим испытаниям и в конечном итоге к лучшим методам лечения.
Во втором недавнем исследовании [опубликованном в Otology & Neurotology ] мы показываем, что можем доставлять siRNA — тип генной терапии — надежным и безопасным способом, не вызывая потери слуха. Мы хотели убедиться в отсутствии токсичности самого носителя [липосом], а также в том, что лечение распространяется по всей улитке.
Что дальше?
JK: При генной терапии мы ожидаем, что относительно большие объемы терапевтического препарата необходимо будет вводить в улитку, и поскольку улитка представляет собой закрытое пространство, нам нужно будет удалять жидкость во время инъекции. В противном случае давление во внутреннем ухе увеличится и потенциально повредит чувство слуха и равновесия. Вот почему мы разработали двухпросветную микроиглу, которая позволит нам вводить терапевтическое средство через один просвет и аспирировать жидкость через другой просвет одновременно, не изменяя давление во внутреннем ухе.
АЛ: Мы создали компанию около полутора лет назад, которая называется Haystack Medical, с целью коммерциализации микроигл. Мы действительно взволнованы следующими шагами в переводе этой технологии на использование людьми. Прямо сейчас мы ведем переговоры с другими компаниями, создающими генную терапию, об использовании нашей технологии. С помощью микроиглы вы потенциально можете вводить терапию снова и снова одному и тому же человеку, не вызывая потери слуха. Вы можете увидеть, активна ли генная терапия , или вам нужно повторно ввести материал. Это возможно с микроиглой, потому что она не оставляет рубцов и не повреждает окончательно портал во внутреннее ухо.
В целом мы считаем, что микроигла впервые откроет дверь к безопасной и надежной диагностике и лечению заболеваний, поражающих внутреннее ухо.
Дж. К.: Мы оба очень благодарны нашей выдающейся команде студентов, постдоков, студентов-медиков и нашему коллеге-инженеру Элизабет Олсон, профессору биомедицинской инженерии, а также врачам-клиницистам и хирургам, которые были и остаются частью нашей команды.