研究人員使用3D打印復(fù)制更加真實(shí)的耳朵，具有準(zhǔn)確解剖結(jié)構(gòu)和生物力學(xué)特性

南極熊導(dǎo)讀：傳統(tǒng)的耳廓重建方法包括自體肋軟骨移植和異體植入物，但存在著技術(shù)上的挑戰(zhàn)，而且美觀和觸覺(jué)結(jié)果通常不理想。因此，研究人員利用生物工程學(xué)原理和3D打印技術(shù)探索了一種新的方法。

2024年4月1日，南極熊獲悉，威爾康奈爾醫(yī)學(xué)院和康奈爾工程學(xué)院的研究人員使用3D打印技術(shù)來(lái)復(fù)制更加真實(shí)的全尺寸人耳。這種技術(shù)可能會(huì)對(duì)醫(yī)療領(lǐng)域或者其它領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響，比如在假體制造、手術(shù)模擬或者其它醫(yī)療應(yīng)用中。

△該研究題目為“使用3D打印外部支架和脫細(xì)胞異種軟骨移植的生物工程全尺寸耳廓”（傳送門(mén)）

研究人員表示，得益于最先進(jìn)的組織工程和3D打印，它的外觀和感覺(jué)都很自然。這項(xiàng)研究在線發(fā)表在《生物材料學(xué)報(bào)》上，為那些出生時(shí)患有先天畸形或晚年失去耳朵的人，提供了具有明確解剖結(jié)構(gòu)和正確生物力學(xué)特性的移植物。

△利用脫細(xì)胞軟骨異種移植物進(jìn)行了生物工程全尺寸耳朵，將其放置在3D打印的外部耳廓支架內(nèi)，模仿天然人類(lèi)耳廓的大小、形狀和生物力學(xué)特性

技術(shù)研發(fā)背景

耳部重建需要進(jìn)行多次手術(shù)，而且需要極高的藝術(shù)性和精細(xì)度。紐約長(zhǎng)老會(huì)/威爾康奈爾醫(yī)學(xué)中心整形外科主任、威爾康奈爾醫(yī)學(xué)中心外科（整形外科）教授Jason Spector博士指出：“這項(xiàng)新技術(shù)最終可能會(huì)為成千上萬(wàn)需要手術(shù)矯正外耳畸形的人提供一種感覺(jué)真實(shí)的選擇。”

許多外科醫(yī)生使用從兒童肋骨上取下的軟骨制作替代耳朵，這種手術(shù)可能會(huì)很痛苦，而且會(huì)留下疤痕。雖然移植的軟骨可以制作成與受術(shù)者另一只耳朵相似的形狀，但通常不具備相同的柔韌性。

△耳朵重建需要多次手術(shù)

制造更自然的替代耳朵的一種方法是借助軟骨細(xì)胞，即制造軟骨的細(xì)胞。在早前的研究中，Spector博士和他的同事利用動(dòng)物源性軟骨細(xì)胞為膠原蛋白支架播種，膠原蛋白是軟骨的主要成分。雖然這些移植物起初發(fā)育成功，但隨著時(shí)間的推移，耳朵原本清晰的形態(tài)特征，如脊線、曲線和輪廓，逐漸變得模糊或消失了。Spector博士解釋道：“由于細(xì)胞在生長(zhǎng)時(shí)會(huì)拉扯蛋白質(zhì)編織的基質(zhì)，因此耳朵會(huì)收縮并縮小一半。”

△圖中是復(fù)雜的左耳塑料支架，它是根據(jù)人耳的前視圖（左）和后視圖（右）的數(shù)據(jù)在3D打印機(jī)上創(chuàng)建的

采用3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)全尺寸耳廓的重建

在這項(xiàng)研究中，為了解決這個(gè)問(wèn)題，Spector博士和他的團(tuán)隊(duì)使用了經(jīng)過(guò)消毒處理的動(dòng)物軟骨，以去除任何可能引發(fā)免疫排斥反應(yīng)的物質(zhì)。這些軟骨被裝入復(fù)雜的耳形塑料支架中，這些支架是根據(jù)人耳的數(shù)據(jù)用3D打印機(jī)制作的。這些小塊軟骨起到內(nèi)部加固的作用，誘導(dǎo)支架內(nèi)新組織的形成。就像鋼筋一樣，它可以加固移植物并防止收縮。

Spector博士補(bǔ)充道：“在接下來(lái)的三到六個(gè)月里，軟骨組織將以一種方式生長(zhǎng)和形成，使得它們的結(jié)構(gòu)和形狀與真實(shí)耳朵非常相似，包括耳廓上的各個(gè)特定區(qū)域和曲線。這是我們以前從未實(shí)現(xiàn)過(guò)的。”

研究人員表示，他們對(duì)3D打印的耳朵進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果顯示復(fù)制品具有與人類(lèi)耳軟骨相似的柔韌性和彈性。然而，工程材料的強(qiáng)度不如天然軟骨，可能會(huì)導(dǎo)致撕裂。