Takie założenie postawili przed sobą naukowcy z Lublina, kiedy zasiedli do projektu nowego typu protezy dla ucha środkowego. Nie tylko miała ona posiadać wszystkie funkcje obecnie stosowanych rozwiązań, ale też mieć tę dodatkową unikatową cechę: możliwość modyfikacji już w czasie zabiegu, a także po zabiegu, bez konieczności wymiany – w razie, gdyby okazało się, że coś jest nie w porządku. – Dzisiaj, jeśli proteza nie zadziała tak, jak powinna, pacjent nie ma innego wyjścia – musi wrócić na stół operacyjny i zabieg trzeba powtórzyć. To oczywiście generuje dodatkowe koszty, pochłania czas, ale przede wszystkim powoduje olbrzymi dyskomfort. Naszym celem było zredukowanie go do minimum – mówi Krzysztof Kozik, doktorant na Politechnice Lubelskiej.

Obecnie protezy ucha środkowego wykonuje się ze stopów tytanu. To metoda wykorzystywana w chirurgii od dziesiątków lat. Protezy – w przeciwieństwie do implantów – służą do tego, aby przejąć funkcjonalność uszkodzonych kosteczek słuchowych, czyli młoteczka, kowadełka i strzemiączka w sytuacji, kiedy pozostała część aparatu słuchowego działa (czyli błona bębenkowa, ślimak i podłączone do nich nerwy).

Lubelscy naukowcy wiedzieli jednak, że standardowe stopy tytanu nie będą w stanie zrealizować ich podstawowego założenia, to znaczy modyfikacji wymiarów i kształtu protezy. W tym celu postanowili sięgnąć po nietypowy stop dwóch metali (niklu i tytanu) zwany nitinolem. Ma on unikatowe właściwości. Po pierwsze, pamięć, a więc po odkształceniu jest w stanie powrócić do swojej pierwotnej firmy. Jeśli zmiana zaszła jednak powyżej pewnej progowej temperatury, materiał zmieni swój kształt na stałe. Można w ten sposób modyfikować niektóre jego parametry geometryczne. To właśnie ta ostatnia właściwość zainteresowała naukowców z Lublina: pomyśleli, że raz umieszczoną w uchu pacjenta protezę należałoby potraktować zewnętrznym źródłem ciepła, aby wymusić na nim niewielką zmianę, a przez to lepiej dopasować go do ucha środkowego. Część operacji wszczepienia protez kończy się bowiem niekiedy niepowodzeniem przez wzgląd na niewłaściwe dopasowanie, które uniemożliwia im pełnienie ich normalnej funkcji.

>>> Czytaj też: Jesteśmy innowacyjni tylko wtedy, gdy UE daje na to pieniądze

Nitinol odkryli w 1959 r. William Buehler oraz Frederick Wang, pracownicy laboratorium Marynarki Wojennej USA zajmującego się opracowywaniem nowych typów amunicji. Buehler szukał materiału nadającego się do konstrukcji wierzchołków rakiet, które w trakcie lotu muszą wytrzymać olbrzymie naprężenia. Stop niklu i tytanu okazał się obiecującym kandydatem, aż przez przypadek jeden z naukowców zaaplikował do niego ciepło – po czym zniekształcony metal wrócił do swojego poprzedniego kształtu. W samym środku zimnej wojny materiał o cudownych właściwościach wzbudził poważne zainteresowanie ze strony armii. Niestety, nitinol okazał się trudniejszy w aplikacji, niż początkowo podejrzewano. Kluczowe dla utrzymania jego właściwości są jakość stopu i brak niepożądanych domieszek, które mogą się dostać do wnętrza stopu podczas obróbki. Niestety, jeden z metali w stopie – tytan – jest mocno reaktywny, co przyprawiało metalurgów pracujących z tym materiałem o ból głowy. Gotowy stop jest także niezwykle trudny w obróbce.

Przed takimi problemami stanęli również naukowcy z Lublina. – Nitinol jest materiałem trudno obrabialnym metodą skrawania, czyli wyrzeźbienia pożądanego kształtu z kawałka metalu. Można do jedynie obrabiać metodami wytłaczania, młotkowania, ciągnienia lub wyciskania, co powoduje trudności z otrzymaniem odpowiedniego kształtu protezy – tłumaczy Kozik. Kiedy jednak uda się je rozwiązać, będą mieli w ręku potencjalnie przełomowe rozwiązanie. Jeśli taki implant będzie wymagał interwencji pooperacyjnej, to do lekkiej modyfikacji będzie wystarczyło punktowe podgrzanie implantu (np. laserem).

Wynalazek powstał dzięki połączeniu sił dwóch lubelskich uczelni: Politechniki i Uniwersytetu Medycznego. Z tej pierwszej w prace nad wynalazkiem zaangażowali się, oprócz Kozika, prof. Jerzy Warmiński, prof. Krzysztof Kęcik oraz dr hab. Rafał Rusinek. Z tej drugiej – dr hab. Marcin Szymański.

Co ciekawe, w Polsce nie tylko naukowcy z Lublina pracują nad nowymi typami protez do ucha środkowego. W ubiegłym roku w Krakowie lekarze po raz pierwszy wszczepili pacjentowi model opracowany przez naukowców z Akademii Górniczo-Hutniczej. W tym wypadku innowacja polegała na zapewnieniu protezie właściwości bakteriobójczych. Badacze osiągnęli ten cel poprzez pokrycie metalu, z którego wykonane jest urządzenie, drobinami srebra, czyli nanocząstkami.