研究人員受蟒蛇牙齒啟發(fā)3D 打印仿生固定裝置，用于增強肩袖術后恢復

2024年7月7日，南極熊獲悉，來自哥倫比亞大學骨科和生物醫(yī)學工程教授 StavrosThomopoulos 博士及其團隊從蟒蛇牙齒鋒利、向后彎曲的結構中獲得靈感，利用 3D 打印技術制造出一種仿生設備，開發(fā)出一種可用于修復肩袖組織的新型3D 打印醫(yī)療固定裝置，使得肩袖組織術后修復的強度幾乎增加了一倍。

△受蟒蛇牙齒啟發(fā)而制作的裝置示意圖，置于肌腱和骨頭之間。圖片來源：Iden Kurtaliaj/哥倫比亞工程公司。

他們的研究成果以題為“Python tooth–inspired fixationdevice for enhanced rotator cuff repair/受蟒蛇牙齒啟發(fā)的固定裝置，用于增強肩袖修復”的論文發(fā)表在《科學進展》上。

相關論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adl5270

哥倫比亞大學Thomopoulos 博士的研究重點是肌腱骨修復方向，他們此次的研究成果對于治療肩袖撕裂至關重要。肩袖撕裂是最常見的肌腱損傷之一，據(jù)報道，每年美國有超過 1700 萬人受到此類損傷的影響。損傷的發(fā)生率隨著年齡的增長而增加，超過 40% 的 65 歲以上的人口會出現(xiàn)肩袖撕裂。這些撕裂會導致肩部力量喪失，從而導致患者疼痛、工作時間損失和娛樂活動受限。肩袖撕裂通常發(fā)生在肌腱與骨的附著部位，肩袖修復的目的是恢復肌腱附著處的解剖結構。

肩袖手術修復是恢復肩部功能的主要治療方法，美國每年進行 60 多萬例肩袖手術，花費 30 億美元。然而，成功地將肌腱重新連接到骨頭上仍然是一項重大的臨床挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)方法通常會導致縫合線撕裂肌腱，這種現(xiàn)象稱為“縫合線拉出”或“奶酪線”。此外，肩袖目前手術后的失敗率很高，而且隨著患者年齡和撕裂嚴重程度的增加，失敗率也會增加。這些失敗率從輕微撕裂的年輕患者的 20% 到嚴重撕裂的老年患者的驚人的 94%。肩袖修復經常會因為縫合線在力量集中的兩個或四個抓握點處撕裂肌腱而失�。▓D1，A至C）。

圖1.用于肩袖修復的 3D 打印仿生裝置。

Thomopoulos所開發(fā)的新型仿生裝置旨在緩解這一問題。研究團隊進行了大量模擬、3D 打印和尸體實驗，以完善設計。最終成果是彎曲底座上有一小排生物相容性樹脂齒。這些齒只有 3 毫米長，旨在抓住肌腱而不切斷它，從而降低再次撕裂的風險。底座可以通過 3D 打印進行定制，以適應患者肱骨頭的特定曲率，從而增強裝置的有效性和個性化。

圖2.單個牙齒的優(yōu)化。

圖3.不同曲率比的單齒的機械特性。

圖4.齒列的機械特性。

論文主要作者 Iden Kurtaliaj 在攻讀博士學位期間在 Thomopoulos 博士和 Guy Genin 博士的指導下領導了這項研究，他強調該裝置與現(xiàn)有的外科手術技術無縫集成。外科醫(yī)生可以將仿生裝置納入他們目前的手術中，以增強修復強度，而無需從根本上改變他們的方法。

展望未來，哥倫比亞大學研究團隊正在開發(fā)一種可生物吸收的仿制蟒蛇牙齒裝置，該裝置會隨著肌腱愈合而降解，從而進一步提高其臨床實用性。他們還準備與 FDA 舉行預提交會議，以促進其創(chuàng)新裝置向市場的過渡。這一進步代表著骨科手術向前邁出了重要一步，有可能改變肩袖損傷的治療格局。