导 语
威尔康奈尔医学院与康奈尔工程学院的研究人员通过应用尖端组织工程与三维打印技术，组装了一种外观及感觉均模拟自然成人耳朵的复制体。该研究成果于《Acta Biomaterialia》杂志上在线发表。
1、研究背景
耳廓重建对整形外科医生而言依然是一项挑战。自体肋软骨移植和异体植入物技术复杂，且美观性及触感常不满足期望。尽管使用假体植入物在某些情况下能取得良好效果，但因成本高、感染和挤压风险较大以及手术技术挑战，其广泛应用受限。3D建模、打印和制造技术的进步促进了其在耳部重建中的应用，使得可以利用多种生物材料如胶原蛋白、水凝胶和3D打印支架制造耳部的三维结构。3D打印结构的生物相容性和生物力学属性与所用材料紧密相关。然而，获取足够的自体软骨细胞（约2.5亿）以促进弹性软骨基质形成是一大挑战，这主要因为耳廓软骨细胞来源有限，以及体外扩增时容易发生软骨表型丧失。
2、研究概述
基于功能化导电聚合物的设计，研究团队设计了功能化聚苯胺基时序黏附水凝胶贴片。它可以实现心脏的同步机械生理监测和电耦合治疗，并牢固附着在心脏表面监测心脏的机械运动和电活动。
通过小型动物"生物反应器"的使用，研究人员采用脱细胞软骨异种移植技术，将之置于3D打印的外耳廓支架内，模拟了人类耳廓的尺寸、形状及生物力学特性，实现了全尺寸耳朵的生物工程化。
图1：图示摘要
首先是根据患者的耳朵尺寸打印支架，使用的技术是基于成人耳朵的3D摄影测量数据进行聚乳酸（PLA）材料的3D打印制造。
图2：a. 25 岁男性志愿者左耳的三维摄影测量; b. 植入前3D打印的PLA耳支架的代表性图像。
绵羊肋软骨经切碎或去皮处理后，进行彻底脱细胞化和灭菌处理。将脱细胞软骨装入PLA支架中，结构缝合之后再移植入实验小鼠的背部，在3个月、6个月的移植时间内观察耳支架的情况。
图3：植入前(a，d)，3个月(b，e)和6个月(c，f)后耳支架的形态。对应于耳廓结构的螺旋缘、舟状窝、对耳轮、耳甲碗和小叶的区域如图所示(a)。
在动物模型体内6个月期间，无论是切碎的还是去皮的新耳均保持了支架的尺寸和轮廓复杂性，并展示了稳定的组织内生长。3个月时观察到的轻度炎症浸润，在6个月时被包裹单个软骨片的同质性纤维血管组织的内生长所取代。所有耳朵结构均展现出柔韧性，并且通过生物力学分析证实具有弹性。
图4：耳支架在小鼠体内3个月和6个月后的代表性图像。a-d：第3个月和第6个月时，观察到软骨片（蓝色箭头）之间存在大量细胞浸润（黑色箭头）；e-h：在各个软骨片之间观察到染色切片中大量的胶原蛋白沉积（黑色星号）；通过脱细胞过程，软骨中的糖胺聚糖大部分被耗尽，在软骨片之间的纤维血管浸润中发现胶原沉积。在一些软骨片（红色星号）中观察到钙化软骨基质的微观区域。
3、研究意义
人体耳廓的精确重建一直是整形外科医生面临的巨大挑战。在本文中，研究人员利用脱细胞软骨异种移植物进行了生物工程全尺寸耳朵，将其放置在 3D 打印的外部耳廓支架内，模仿天然人类耳廓的大小、形状和生物力学特性。对具有更快降解生物材料的新耳进行长期研究将有利于未来的临床应用。该项研究为那些先天性畸形或晚年失去耳朵的人提供了具有明确解剖结构和正确生物力学特性的移植物的前景。
参考文献：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
