Количката е празна


обратно

Причини за загуба на слуха и възстановяване чрез 3D принт с живи клетки

10 април 2018

Слухът е едно от петте основни сетива. Той представлява способността за възприемане на звука, който е резултат от дейността на вибриращи предмети. Основният орган обуславящ слуховото възприятие е ухото, което се разделя на три части:

  • външно ухо – възприема и провежда звуковите вълни;
  • средно ухо – звуковите вълни предизвикват вибрации на слуховите костици;
  • вътрешно ухо –състои се от две части: слухова и равновесна.

Всяка една от тези три части изпълнява определено действие, което е от голямо значение за осъществяването на функцията на слуховата сетивна система. Увреждането на която и да е от тях води до намаляване на възприеманите честоти или до пълна загуба на слуха. Звуковъзприятието е ограничено до определен диапазон от честоти при отделните видове.При хората долната граница на слуха е 20 Hz, а горната 20 kHz, въпреки че тези граници варират и не са строго определени. Горната граница спада с годините.

Загуба на слуха може да се случи при всички възрасти, без значение от пола. Може да се случи както постепенно, така и внезапно.

[1] Кондуктивната слухова загуба настъпва, когато звука не може да достигне средното ухо. Причини за това може да са: натрупване на ушна кал или течност в средното ухо, инфекция на средното ухо, перфорирано тъпанче, наличие на чуждо тяло в слуховия орган, анормален растеж на костта в средното ухо и пр.

Сензорната загуба на слуха се появява, когато косместите клетки във вътрешното ухо се увредят. Счита се за естествена част от процеса на стареене и първите прояви започват на 40-50 годишна възраст. Голям процент от хората във златната възраст вече имат някаква форма на слухова загуба. Освен възрастта има и други причини:

  • Рани на главата
  • Травматично излагане на шум (ако шумът на работното ви място надвишава 85 децибела (нощен клуб, строителна площадка, фабрика и  др. следва работодателите ви да осигурят защита за слуха). Редовното слушане на музика с висока сила на звука, особено със слушалки за уши са идентични на експлозии, които увреждат косместите клетки. Състоянието е известно като звукова травма.
  • Вирусна инфекция на вътрешното ухо и слуховия нерв
  • Наследствена обремененост или генетична предразположеност. Дефектни гени могат да причинят глухота още при раждане или с течение на времето.
  • Приемане на някои медикаменти

Смесената загуба на слуха е комбинация от кондуктивна и сензорна загуба на слуха и засяга външното, средното и вътрешното ухо.

Ако решим да допълним информацията от Hearing Loss Association of America [2] с още информация за кондуктивната слухова загуба вследствие промени в гените стигаме до промени в устройството на трите малки костици в средното ухо. Лечението е консервативно хирургично или с помощта на лазер. Вирусът на морбили също може да допринесе поради фиксиране на стволови клетки до тези с генетично предразположение към отосклероза. Именно затова редовните ваксинации против морбили се борят и с преждевременната загуба на слух. Неправилният костен растеж на малката костица в средното ухо пречи на вибрациите на звука да се разпространяват и може да доведе до увреждане на сензорните клетки и/или нервните влакна във вътрешното ухо, което води до загуба на слуха.

Методите за лечение на сензорната загуба на слуха са различни според причината за възникването ѝ. Например при звукова травма вследствие на прекалено силен шум лечението може да е от кортикостероиди, които намаляват подуването и възпалението на косместите клетки, за да се ускори зарастването на увредените структури във вътрешното ухо. Загуба на слуха можем да получим не само от травма на главата. Изпитвали ли сте усещането как ушите ви заглъхват? Това може да се случи при рязка промяна на атмосферното налягане, например при спускане на самолет.

Болестта на Мениер [3] представлява заболяване на вътрешното ухо. Характеризира се с увеличена продукция на слухова (лабиринтна) течност и покачване на вътрелабиринтното налягане. В резултат възникват пристъпи на прогресираща глухота, шум в ушите и нарушаване на равновесието. Възможно е да се проявят вегетативни разстройства като гадене и повръщане.

Загуба на слух може да се получи и от тумори, които са в близост до нервните окончания на вътрешното ухо. В ранна фаза хирургичното лечение може да възвърне слуха с 50% ефективност. 

Двустранната прогресивна загуба на слуха в продължение на няколко месеца може да се дължи на автоимунно заболяване на вътрешното ухо. Изследване от 1991 г. [4] разглежда случаи, при които имунологичните нарушения на клетъчния тип могат да бъдат диагностицирани чрез тест за трансформация на лимфоцитите. Редица проучвания доказват, че именно колаген тип II има значение за сензорната загуба на слуха, тъй като именно спрямо него се образуват антитела.

И действително оказва се, че въпреки че възприемаме колагени тип II и IX като хрущялни, те играят важна роля и при формирането на ухото.

[5] Освен в хрущялите между малките костици (известни още като чукче, наковалня и стреме) в средното ухо, те участват и в съединителната тъкан. Освен тях в ухото се среща и колаген тип V.

Изследване върху опитни мишки доказва, че Discoidin domain receptor 1 (DDR1) [6]  се активира от естествения колаген. Физиологичните функции на DDR1 включват клетъчен растеж, адхезия, разклоняване и миграция. Мутацията на DDR1 гена при опитните мишки е свързана със съществени промени във вътрешното ухо и загуба на слуха.

А изследване, направено върху морски свинчета [7] открива връзка между мутации на гените в колаген тип IV и синдрома на Алпорт. Според Проф. д-р Боряна Делийска, началник-клиника по нефрология в болница "Царица Йоанна - ИСУЛ" [8] болестта  представлява наследствено генетично бъбречно заболяване, съчетано с глухота, описано в началото на миналия век.Характеризира се с наличие на еритроцити и белтък в урината, постепенно увреждане на бъбречната тъкан, което прогресира до развитие на бъбречна недостатъчност, глухота, при някои хора болестта може да засегне и очите със специфични промени в тях.Първите клинични симптоми се установяват още в детска или младежка възраст.

Синдромът на Алпорт е относително рядък и се наблюдава при около 3% от децата и под 1% при болни с напреднала бъбречна недостатъчност, а според други източници той се установява при 1 на 50 000 новородени.

Причинява се от промени в гените, разположени в женската полова хромозома Х и отговорни за синтезата на някои видове колаген, който е основна структурна част на тънки и фини структури, наричани "базални мембрани" в бъбреците, ушите и очите.

Според [9] промените в слуховите възприятия могат да са ранен симптом на синдрома на Алпорт и да се действа навременно за преодоляване на тежки бъбречни увреждания. Изследвания разкриват, че след направена бъбречна трансплантация слуха се подобрява. Всичко това се дължи на отстраняването на мутирали гени, които увреждат фибрилите на колаген тип IV.

Склеродермата [10] е хронично, автоимунно, съединителнотъканно заболяване, характеризиращо се с фиброза и съдови изменения. Всички форми се характеризират с наличието на твърди, гладки, пигментирани кожни участъци. Някои от симптомите засягат само кожата, докато други - цялото тяло. Съществуват няколко форми на заболяването. Локализираната склеродерма поразява най-вече кожата на лицето и ръцете и рядко се разпространява по тялото или предизвиква сериозни усложнения. Дифузната склеродерма засяга обширно участъци от кожата и вътрешни органи като сърце, бял дроб и бъбреци.

Загубата на слуха може да се случи и преждевременно при млади хора в течение на месеци. Първият документиран случай е през 1979 г., когато 30 годишна жена развива склеродерма [11]  Разбирайки, че загубата на слуха може да не е причинена от вирус или травма, а в резултат на автоимунно заболяване, учените достигат до идеята, че може да бъде повлияна успешно с лекарства  с кортикостероиди като Метилпреднизолон. За съжаление използването на стероиди при пациенти над 70 години не е препоръчително заради множеството хронични заболявания. Проучвания показват, че поставени в първите 72 часа след внезапното проявление на загубата на слух, кортикостероидите са най-ефективни. 3 инжекции с Метилпреднизолон [12].  Но поставени в мембраната на тъпанчето са много по-ефективни отколкото приемането на орални кортикостероиди.

В човешкото ухо има различни мембрани. При увреждане на колагеновите фибрили, които участват в изграждането на мембраните се получава намаляване на слуха или пълната му загуба. Изследване върху опитни мишки [13] доказва, че колаген тип IX играе особено важна роля във слуховите възприятия, защото липсата му повлиява триизмерната структура на колаген тип II.

А какви са последните тенденции в науката?

Разбирайки важността на колагена в човешкото ухо, амбициозен проект от 2017 г. [14] създава нов био композит на основата на колаген за изработка на строго индивидуална мембрана на тъпанчето, която да помогне за възвръщането на слуха.

А през 2012 г. е направен опит за изготвяне на матрица за човешко ухо, [17] която да послужи за протеза за ветерани, загубили ухото си. Учените работят над подобни технологии от десетилетия. Със сложната си пластична форма, външната част на ухото е истинско предизвикателство.  Колагенови фибри от самия пациент се поставят върху структура от тел. Тъканта расте в инкубатор няколко седмици и след това ухото е готово.  Остава да бъде покрито с кожа и пришито на нужното място. За да докажат безопасността на новополученото ухо изследователите са го вкарали подкожно в плъхове, които не проявили нежелани реакции и не отхвърлили чуждото тяло.

И ако това не ви се струва достатъчно впечатляващо, то през 2013 г. [15] с експанзията на 3d принтерите се достига и до „отпечатване“ на външната част от човешко ухо в лабораторни условия. След всмукване на живи клетки от пациента в продължение на 3 месеца ухото увеличава хрущяла си. Това откритие ще е полезно за хората с вродени деформации, загубилите ушите си вследствие травма или рак. Въпреки че новородените с деформацията микротия, при която има непокътнато вътрешно ухо, но външното не е развито напълно са едва 1 на 10 000 раждания, изкуствените външни части биха възвърнали слуха им. Чрез съвременните дигитални технологии се създава 3д компютърен модел на желаното ухо. След това се инжектира гел от живи клетки и колаген. Процесът на отпечатване отнема по-малко от 2 дни: половин ден да се проектира матрицата, 1 ден за отпечатване, половин час за инжектиране на гела и 15 минути за настройка. След това изследователите имплантирали получените учи на гърба на плъхове. Там ушите увеличили хрущялната тъкан в течение на 3 месеца. Основното предимство е, че 3D отпечатаното ухо може да бъде индивидуално изработено и идентично с другото ухо на главата или на ухото на човек с подобен размер.

В [16] от февруари 2013 г. се споменава как в реч тогавашния президент на САЩ Барак Обама призовава за пускането на производствени центрове, които да са специализирани в 3D печата. Ако преди са се използвали протези за ухо с материали, подобни на стиропор, то сега след отпечатването изследователите инжектират хрущялни клетки в специална колагенова матрица. Първоначално са използвали хрущялни проби от крави, но на практика е възможно да се използват клетки от самото тяло на пациента. Ето защо тялото няма да отхвърля имплантираното ухо. Но присаденото ухо не расте заедно с главата. Ето защо е удачно процедурата да се направи, когато децата са на 5-6 години и учите им са близо 80% от размера на възрастните.  

Колагенът може да послужи за изграждане на нови тъкани и органи

Микротията [20] е вродена малформация, при която ушната мида е недоразвита. Случва се средно 1: 5000 раждания, като поради различни причини в първия триместър на бременността едното или двете уши не се развиват правилно. Когато ушната мида е напълно неразвита, състоянието се нарича анотия. Класификацията на микротията включва четири степени:

I степен - близко до нормалното развитие на ушната мида с идентифициращи се структури и малък, но присъстващ външен слухов проход;
II степен - частично развито външно ухо (обикновено е неразвита горната част) със затворен външен слухов проход, което води до увреден слух от кондуктивен (проводен) тип;
III степен - липса на външно ухо с малък израстък, наподобяващ фъстък и липса на външен слухов проход и тъпанчева мембрана (най-честата форма на микротия);
IV степен - тотална липса на външно ухо (анотия).
Лечението на микротията е оперативно. Целта е да се придаде възможно най-добър вид и функционалност на недоразвитото външно ухо. Обикновено, преди да се предприеме интервенция се изследва слуха.

А ето и добрата новина за реализацията на проекта от януари 2018 г. [18] Проучването включва пет деца с едностранно деформирано ухо на възраст от 6 до 9 години. Изследователите са сканирали здравото ухо и са използвали 3D софтуер, за да го обърнат огледално и отпечатат с помощта на 3D принтер. „Мастилото“ е специален порест, биоразграждащ се материал. След това произведени върху скелето се посяват специални от хондроцитни клетки, които са взети от тъканта на хрущяла на недоразвитото ухо. Растат в продължение на 3 месеца, като са подхранвани с различни растежни фактори.

Постепенно започват да се образуват еластинови и колагенови влакна. С течение на времето скелета се разгражда. Така след 3 месеца ухото съдържа само от тъканите на самия пациент и е готово за имплантиране от пластични хирурзи. Едно от децата, 6 –годишно момиче е наблюдавано внимателно в продължение на 2,5 години след имплантацията. Претърпяло е множество козметични корекции като всеки път са вземани тъканни проби за анализ. Изводите са, че  хондроцитите са здрави и продължават да произвеждат хрущял. Другите 4 пациента показват по-малко последователни резултати. Като при 2 деца новите уши имат изкривявания.

И докато изследователите описват резултатите си като „значителен пробив“ в областта на реконструктивната медицина, съществуват известни предизвикателства преди този подход да бъде използван масово. Едни от основните проблеми са свързани с произвеждането на подобни конструкции, които са от 3 отделни биоматериала, които се комбинират в скеле, посяват се с точно определени клетки и след това 3 месеца се култивират преди имплантирането. Освен това материалите, които се използват за изграждането на скелето остават в тялото в продължение на 4 години. Ето защо трябва да мине още време преди да се реши дали методът е безопасен за масова употреба.

Дефектите на хрущялните тъкани, причинени от спортно нараняване, възпаление, дегенерация и други причини са често явление в медицината. Поради липсата на кръвоносни съдове и нерви способността за самовъзстановяване е ограничено.

Изследване, публикувано през февруари  2018  г. [19] A 3D-Printed PLCL Scaffold Coated with Collagen Type I and Its Biocompatibility 

Проучва 3D принтирането на скеле, покрито с колаген тип I. Изборът не е случаен. Колаген тип I e изключително подходящ, защото е основен компонент на съединителната тъкан с доказана безопасност, биосъвместимост, хидрофилност и липса на алергични реакции. Вече доказал се в хирургичните конци, антикоагуционните материали, изкуствените кръвоносни съдове, кожата и при лечение на хрущялите, колаген тип I има и недостатъци като ниска механична якост и бързо разграждане. Ето защо следва да бъде употребяван с материали, които да подсилват слабите му страни. В момента се доусъвършенстват комбинации между колаген тип I и други биосъвместими материали.

 

Използвани източници:

1. Fonio.bg-  Видове слухова загуба и причини 

2. Hearing Loss Association of America - Types, Causes and Treatment

3. Болест на Мениер

4. The lymphocyte transformation test with type II collagen as a diagnostic tool of autoimmune sensorineural hearing loss

5. Localization of type II, IX and V collagen in the inner ear.

6. Inner ear defects and hearing loss in mice lacking the collagen receptor DDR1.

7. Identification and Localization of Type IV Collagen Chains in the Inner Ear Cochlea

8. Първите симптоми на Синдрома на Алпорт се установяват още в детска възраст от Framar.bg. 

9. Revision about hearing loss in the Alports syndrome, analyzing the clinical, genetic and bio-molecular aspects

10. puls.bg - Склеродерма - първите симптоми са кожни 

11. Scleroderma and sudden sensorineural hearing loss 

12.  Intratympanic methylprednisolone as rescue therapy in sudden sensorineural hearing loss.

13. Type IX collagen is crucial for normal hearing.

14. Collagen-chitosan- glycerol bio-composite as artificial tympanic membrane for ruptured inner ear organ  

15. 3D-Printed Ear Created in Lab 

16.  An Artificial Ear Built By a 3D Printer and Living Cartilage Cells
17. Tissue Engineering: New Ears, Grown From Collagen Cells & Tested On Rats, Could Help Wounded Veterans (PHOTOS)

18. Five Children Receive Ear Implants Made From Their Own Cells, Thanks to 3D Printed Molds and Scaffolds 

19.  A 3D-Printed PLCL Scaffold Coated with Collagen Type I and Its Biocompatibility 

20. Framar.bg - Микротия МКБ Q17.2