導(dǎo) 語(yǔ)
威爾康奈爾醫(yī)學(xué)院與康奈爾工程學(xué)院的研究人員通過(guò)應(yīng)用尖端組織工程與三維打印技術(shù)，組裝了一種外觀及感覺(jué)均模擬自然成人耳朵的復(fù)制體。該研究成果于《Acta Biomaterialia》雜志上在線發(fā)表。
1、研究背景
耳廓重建對(duì)整形外科醫(yī)生而言依然是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。自體肋軟骨移植和異體植入物技術(shù)復(fù)雜，且美觀性及觸感常不滿足期望。盡管使用假體植入物在某些情況下能取得良好效果，但因成本高、感染和擠壓風(fēng)險(xiǎn)較大以及手術(shù)技術(shù)挑戰(zhàn)，其廣泛應(yīng)用受限。3D建模、打印和制造技術(shù)的進(jìn)步促進(jìn)了其在耳部重建中的應(yīng)用，使得可以利用多種生物材料如膠原蛋白、水凝膠和3D打印支架制造耳部的三維結(jié)構(gòu)。3D打印結(jié)構(gòu)的生物相容性和生物力學(xué)屬性與所用材料緊密相關(guān)。然而，獲取足夠的自體軟骨細(xì)胞（約2.5億）以促進(jìn)彈性軟骨基質(zhì)形成是一大挑戰(zhàn)，這主要因?yàn)槎浌羌?xì)胞來(lái)源有限，以及體外擴(kuò)增時(shí)容易發(fā)生軟骨表型喪失。
2、研究概述
基于功能化導(dǎo)電聚合物的設(shè)計(jì)，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了功能化聚苯胺基時(shí)序黏附水凝膠貼片。它可以實(shí)現(xiàn)心臟的同步機(jī)械生理監(jiān)測(cè)和電耦合治療，并牢固附著在心臟表面監(jiān)測(cè)心臟的機(jī)械運(yùn)動(dòng)和電活動(dòng)。
通過(guò)小型動(dòng)物"生物反應(yīng)器"的使用，研究人員采用脫細(xì)胞軟骨異種移植技術(shù)，將之置于3D打印的外耳廓支架內(nèi)，模擬了人類耳廓的尺寸、形狀及生物力學(xué)特性，實(shí)現(xiàn)了全尺寸耳朵的生物工程化。
圖1：圖示摘要
首先是根據(jù)患者的耳朵尺寸打印支架，使用的技術(shù)是基于成人耳朵的3D攝影測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行聚乳酸（PLA）材料的3D打印制造。
圖2：a. 25 歲男性志愿者左耳的三維攝影測(cè)量; b. 植入前3D打印的PLA耳支架的代表性圖像。
綿羊肋軟骨經(jīng)切碎或去皮處理后，進(jìn)行徹底脫細(xì)胞化和滅菌處理。將脫細(xì)胞軟骨裝入PLA支架中，結(jié)構(gòu)縫合之后再移植入實(shí)驗(yàn)小鼠的背部，在3個(gè)月、6個(gè)月的移植時(shí)間內(nèi)觀察耳支架的情況。
圖3：植入前(a，d)，3個(gè)月(b，e)和6個(gè)月(c，f)后耳支架的形態(tài)。對(duì)應(yīng)于耳廓結(jié)構(gòu)的螺旋緣、舟狀窩、對(duì)耳輪、耳甲碗和小葉的區(qū)域如圖所示(a)。
在動(dòng)物模型體內(nèi)6個(gè)月期間，無(wú)論是切碎的還是去皮的新耳均保持了支架的尺寸和輪廓復(fù)雜性，并展示了穩(wěn)定的組織內(nèi)生長(zhǎng)。3個(gè)月時(shí)觀察到的輕度炎癥浸潤(rùn)，在6個(gè)月時(shí)被包裹單個(gè)軟骨片的同質(zhì)性纖維血管組織的內(nèi)生長(zhǎng)所取代。所有耳朵結(jié)構(gòu)均展現(xiàn)出柔韌性，并且通過(guò)生物力學(xué)分析證實(shí)具有彈性。
圖4：耳支架在小鼠體內(nèi)3個(gè)月和6個(gè)月后的代表性圖像。a-d：第3個(gè)月和第6個(gè)月時(shí)，觀察到軟骨片（藍(lán)色箭頭）之間存在大量細(xì)胞浸潤(rùn)（黑色箭頭）；e-h：在各個(gè)軟骨片之間觀察到染色切片中大量的膠原蛋白沉積（黑色星號(hào)）；通過(guò)脫細(xì)胞過(guò)程，軟骨中的糖胺聚糖大部分被耗盡，在軟骨片之間的纖維血管浸潤(rùn)中發(fā)現(xiàn)膠原沉積。在一些軟骨片（紅色星號(hào)）中觀察到鈣化軟骨基質(zhì)的微觀區(qū)域。
3、研究意義
人體耳廓的精確重建一直是整形外科醫(yī)生面臨的巨大挑戰(zhàn)。在本文中，研究人員利用脫細(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)，模仿天然人類耳廓的大小、形狀和生物力學(xué)特性。對(duì)具有更快降解生物材料的新耳進(jìn)行長(zhǎng)期研究將有利于未來(lái)的臨床應(yīng)用。該項(xiàng)研究為那些先天性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)特性的移植物的前景。
參考文獻(xiàn)：Vernice, N. A., Dong, X., Matavosian, A. A., Corpuz, G. S., Shin, J., Bonassar, L. J., & Spector, J. A. (2024). Bioengineering Full-scale auricles using 3D-printed external scaffolds and decellularized cartilage xenograft. Acta Biomaterialia, S1742706124001417. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2024.03.012
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