哥倫比亞大學(xué)采用仿生學(xué)設(shè)計3D打印肩袖修復(fù)裝置

2024年7月7日，南極熊獲悉，哥倫比亞大學(xué)的研究人員從蟒蛇牙齒鋒利且向后彎曲的仿生結(jié)構(gòu)中獲得靈感，開發(fā)出一種新型醫(yī)療設(shè)備，旨在改善肩袖修復(fù)。這項研究成果最近發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》期刊上。利用先進(jìn)的3D打印技術(shù)制造的這種仿生設(shè)備顯著增強了肩袖手術(shù)的修復(fù)強度，幾乎使其翻倍。

△該研究題目為“受蟒蛇牙齒啟發(fā)的固定裝置，用于增強肩袖修復(fù)”（傳送門）

肩袖損傷

根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)，肩袖撕裂是最常見的肌腱損傷之一，每年影響超過1700萬美國人。隨著年齡增長，損傷發(fā)生率顯著增加：65歲以上人群中超過40%患有此病。

這種損傷通常發(fā)生在肌腱與骨骼結(jié)合處，肩袖修復(fù)的主要目的是解剖學(xué)上的肌腱再附著。手術(shù)修復(fù)是恢復(fù)肩關(guān)節(jié)功能的主要治療方法，每年在美國進(jìn)行60多萬例手術(shù)，支出超過30億美元。

然而，成功實現(xiàn)肌腱與骨骼的重新連接仍然是一項重大的臨床挑戰(zhàn)。手術(shù)后的失敗率極高，隨著患者年齡和撕裂程度的增加而增加。在年輕患者中，輕微撕裂的失敗率為20%，而在老年患者中，尤其是面積較大的撕裂，失敗率可高達(dá)94%。肩袖修復(fù)最常見的失敗原因是在兩個或四個抓握點處使用的縫線撕裂肌腱。

該研究的第一作者Iden Kurtaliaj表示："我們決定看看能否開發(fā)出一種模仿蟒蛇牙齒形狀的裝置，它能有效抓住軟組織而不會撕裂，并有助于降低肩袖修復(fù)后肌腱再次撕裂的風(fēng)險。“

△用于肩袖修復(fù)的3D打印仿生裝置

彎曲的牙齒抓住而不是撕裂

新設(shè)備旨在緩解這一問題。研究小組采用了大量模擬、3D打印和實驗來完善設(shè)計。其結(jié)果是在一個彎曲的基座上形成了一個小型、生物相容性樹脂齒列。這些齒僅有3毫米長，旨在抓住肌腱而不切斷肌腱，從而降低再次撕裂的風(fēng)險。底座可以通過3D打印技術(shù)進(jìn)行定制，以適應(yīng)患者肱骨頭的特定弧度，從而提高設(shè)備的有效性和個性化。

△通過3D打印技術(shù)實現(xiàn)彎曲的“牙齒”

目前，外科醫(yī)生可以將這種生物仿生設(shè)備融入他們目前的手術(shù)中，以提高修復(fù)強度，而無需從根本上改變他們的手術(shù)方法。

展望未來，研究人員正在開發(fā)一種可吸收的肩袖修復(fù)裝置，旨在隨著肌腱愈合逐漸降解，提高臨床實用性。他們還在準(zhǔn)備與美國食品和藥物管理局（FDA）舉行提交前會議，以促進(jìn)其創(chuàng)新裝置向市場過渡。這一進(jìn)展標(biāo)志著骨科手術(shù)向前邁出了重要一步，可能改變肩袖損傷的治療格局。