斯旺西大學科學家開發(fā)生物3D打印植物基人造鼻軟骨，將徹底改變整形外科

2023年4月4日，南極熊獲悉，外媒《每日郵報》報道了斯旺西大學的科學家們正在為那些需要移植人工鼻子的患者開發(fā)一種生物3D打印的植物基鼻子。生物3D打印技術為患者提供了一個可持續(xù)的、可個性化的選擇，利用植物基材料和人類細胞來3D打印人造鼻軟骨。

這一項目于2021年7月首次啟動，當時醫(yī)學研究慈善機構無疤痕基金會在斯旺西大學啟動了一個為期三年、價值250多萬英鎊的再生研究項目。該項目專注于開發(fā)3D生物打印面部軟骨，其主要目的是減輕疤痕帶來的身體和心理負擔。

在2021年的公告中，無疤痕基金會的首席大使西蒙-韋斯特恩（Simon Westin CBE）說："這項研究正在進行中，我們要做的事情非常了不起，而且這種新的3D打印工藝會帶給我們很大的變化。"

項目負責人、斯旺西大學醫(yī)學院整形外科主席Iain Whitaker教授和實習外科醫(yī)生Thomas Jovic最近向英國整形、重建和美容外科醫(yī)生協(xié)會（BAPRAS）介紹了他們的新發(fā)現(xiàn)。除了BAPRAS和無疤痕基金會，該項目還得到了英國皇家外科醫(yī)生學院的大力支持。

隨著該項目的繼續(xù)發(fā)展，現(xiàn)在將采取步驟確定該材料是否會引起免疫反應，以便在不久的將來開始進行動物試驗�；萏乜私淌谧C明了這項研究的意義，他聲稱 "這項工作的臨床轉化將徹底改變整形外科"。

△西蒙-韋斯頓CBE，無疤痕基金會的首席大使。圖片來自無疤痕基金會

3D打印過程

根據(jù)惠特克（Whitaker）的說法，目前重建面部軟骨的過程需要一個漫長而復雜的手術，這一過程可能充滿挑戰(zhàn)。的確，傳統(tǒng)的重建軟骨方法通常是從病人的肋骨上取軟骨，以生成新的鼻組織，通常要切除多達三根下層肋骨。然而，這種軟骨相較于鼻軟骨靈活性更差，也更脆，而切除肋骨往往導致病人的長期健康并發(fā)癥。例如，手術會帶來肺部塌陷、感染、甚至死亡的風險。因此，這種生物3D打印新工藝提供了一個更安全的替代方案。

納米纖維素水凝膠（有效的軟木漿料）和透明質酸是護膚霜和面部填充物的關鍵成分，被用作生物墨水來3D打印人工軟骨支架。材料打印完成后，加入生物催化劑，使其固化，并使其更堅固和更持久。然后將3D打印的支架浸泡在患者自己的軟骨細胞溶液中，在手術植入前定植其結構。根據(jù)Jovic的說法，這一過程也可用于生產(chǎn)受損耳朵的人工替代物，所制備的材料要比天然鼻軟骨靈活約10倍。

在增材制造技術的幫助下，假鼻子的植入物也可以被制作成與病人的臉部完全匹配。惠特克聲稱："這種材料可以生產(chǎn)出完美的復制品，它是由植物基材料支撐，且結構堅固。這一過實現(xiàn)了個性化定制，并通過一個比傳統(tǒng)手術復雜得多的過程創(chuàng)造了一個永久性的解決方案，減少了手術時間，并消除了手動雕刻鼻子結構的需要。"

△斯旺西大學的3D生物打印機在工作中。圖片來自無疤痕基金會

將增材制造技術用于重建手術的應用并不新鮮。據(jù)悉，來自阿爾伯塔大學（U of A）的研究人員就在開展與本文案例類似的研究，他們嘗試為術后面部毀容的癌癥患者開發(fā)了一種3D生物打印定制鼻翼軟骨的方法。2021年5月宣布，U of A的研究人員利用CELLINK三維生物打印機，將患者的細胞和膠原蛋白水凝膠的混合物沉積到鼻部形狀，然后再將其培養(yǎng)成功能性軟骨。

據(jù)報道，在2021年12月，Claudius Regaud研究所和圖盧茲大學醫(yī)院的醫(yī)生也曾利用3D打印技術做了一個鼻子移植手術。這個手術與斯旺西大學所開展的項目略有不同，他們是將一個3D打印的鼻子移植到病人的前臂上。然后，鼻子在這里生長了兩個月，然后被移除并植入患者的臉上。該手術背后的外科團隊稱這是獨一無二的，以前從未在如此脆弱和血管不暢的區(qū)域進行過這樣的嘗試。