研究人員使用3D打印復制更加真實的耳朵，具有準確解剖結(jié)構(gòu)和生物力學特性

南極熊導讀：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)，而且美觀和觸覺結(jié)果通常不理想。因此，研究人員利用生物工程學原理和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)學院和康奈爾工程學院的研究人員使用3D打印技術(shù)來復制更加真實的全尺寸人耳。這種技術(shù)可能會對醫(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)療應用中。

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

研究人員表示，得益于最先進的組織工程和3D打印，它的外觀和感覺都很自然。這項研究在線發(fā)表在《生物材料學報》上，為那些出生時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)和正確生物力學特性的移植物。

△利用脫細胞軟骨異種移植物進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)，模仿天然人類耳廓的大小、形狀和生物力學特性

技術(shù)研發(fā)背景

耳部重建需要進行多次手術(shù)，而且需要極高的藝術(shù)性和精細度。紐約長老會/威爾康奈爾醫(yī)學中心整形外科主任、威爾康奈爾醫(yī)學中心外科（整形外科）教授Jason Spector博士指出：“這項新技術(shù)最終可能會為成千上萬需要手術(shù)矯正外耳畸形的人提供一種感覺真實的選擇�！�

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)可能會很痛苦，而且會留下疤痕。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胞，即制造軟骨的細胞。在早前的研究中，Spector博士和他的同事利用動物源性軟骨細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：“由于細胞在生長時會拉扯蛋白質(zhì)編織的基質(zhì)，因此耳朵會收縮并縮小一半�！�

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

采用3D打印技術(shù)實現(xiàn)全尺寸耳廓的重建

在這項研究中，為了解決這個問題，Spector博士和他的團隊使用了經(jīng)過消毒處理的動物軟骨，以去除任何可能引發(fā)免疫排斥反應的物質(zhì)。這些軟骨被裝入復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打印機制作的。這些小塊軟骨起到內(nèi)部加固的作用，誘導支架內(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博士補充道：“在接下來的三到六個月里，軟骨組織將以一種方式生長和形成，使得它們的結(jié)構(gòu)和形狀與真實耳朵非常相似，包括耳廓上的各個特定區(qū)域和曲線。這是我們以前從未實現(xiàn)過的。”

研究人員表示，他們對3D打印的耳朵進行了測試，結(jié)果顯示復制品具有與人類耳軟骨相似的柔韌性和彈性。然而，工程材料的強度不如天然軟骨，可能會導致撕裂。