3D生物打印机有望助力修复声带

xinwen.mobi · 发表于 3 天前

微型“象鼻”机器人：声带修复的新突破
大象鼻子启发下的2.7毫米奇迹，让世界最微小的3D生物打印机在喉部狭窄空间内精准起舞。

加拿大麦吉尔大学的研究人员从大象鼻子中获得灵感，研制出了迄今全球最小的3D生物打印机，其打印头直径仅2.7毫米。

这款柔性机器人能通过医生的手术镜，将治疗性水凝胶精准“打印”到患者声带上，为声带术后修复带来了革命性突破。

01 声带修复的挑战
全球约有3%-9%的人口在一生中会遭遇嗓音障碍，这些问题通常由声带囊肿、增生或癌变引起。

患者在切除声带病变后，常因术后瘢痕和声带僵硬而导致说话困难。

研究表明，注射水凝胶可有效促进愈合，因为这类凝胶能模拟声带的天然结构，为新组织生长提供支撑。

然而，喉咙内部视野有限，外科医生难以精确注入生物材料，传统注射方式难以精准控制水凝胶的分布。

02 仿生灵感与微型化突破
“我起初觉得这根本不可行。要制造出尺寸小于3毫米的柔性机器人，这简直是个不可能完成的挑战。”论文通讯作者、麦吉尔大学生物医学工程师Luc Mongeau坦言。

研究团队从大象鼻子中获得了设计灵感，开发出这款微型打印机。

他们先设计出直径8毫米的初代样机，随后进一步缩小尺寸，使其能够顺利通过手术所需的1厘米宽通道。

该设备配有一个灵活自如的机械长臂，形如象鼻，末端装有仅2.7毫米宽的打印头。

“微型化方面的工作占用了大部分时间。”加拿大麦吉尔大学的生物医学工程博士生斯文·格伦表示。

03 精准打印的技术细节
这款被称为“微创原位生物打印机”（MIISB）的设备，其喷嘴可精确“绘制”宽度仅为1.2毫米的线条。

打印头通过柔性缆控结构实现精准运动，能以1.2毫米线宽递送基于透明质酸的水凝胶。

研究人员对设备的运动轨迹进行编程，确保在20毫米工作范围内实现精确、可重复的运动。

“这个设备最令人惊叹之处在于，即便它本质上是根软管，运动轨迹却完全可控，”合著者奥黛丽·塞达尔解释道，“见过花园水管的人都知道，通水时软管会疯狂摆动。”

04 从实验到临床
为验证打印头的精准度，研究人员手动操控设备在平面绘制了二维螺旋、心形及字母等图案。

随后，在用于外科培训的模拟声带上的实验证明，该设备能精准重建声带几何形态，成功复现病灶切除后的组织缺损。

目前，操作人员可通过PlayStation控制器手动引导打印机完成作业。

研究人员希望未来能实现自动化——输入手术部位图像后，设备即可按预设路径自主完成打印。

麦吉尔大学生物医学工程师Luc Mongeau表示：“我们正努力将这项技术应用于临床。下一步是在动物体内测试这些水凝胶，从而为人体临床试验铺平道路。”

05 广阔应用前景
“这是我第一次看到可用于声带的生物打印机。生物打印通常从外部解决皮肤缺损问题。从内部抵达缺损部位一直是该领域的一大挑战。”美国宾夕法尼亚州立大学生物医学工程教授易卜拉欣·厄兹博拉特表示。

除声带修复外，该设备还有更广阔的应用前景。

经进一步优化和测试后，该机械臂还可搭载手术刀、镊子等工具，在狭小空间内执行更精准的外科操作。

这种多功能性将为微创手术带来更多可能，未来可能应用于角膜、神经或其他精细组织的原位修复。

水凝胶线条在人工声带模型上精准铺设，宽度仅有1.2毫米，如同一位微雕艺术家在米粒上作诗。

这台机器人现在由医生通过PlayStation手柄操控，但未来的某一天，它或许能自主循着预设路径，在幽暗的喉部空间内搭建起生命再生的桥梁。

从象鼻到2.7毫米的打印头，自然启发下的工程创新正突破体内组织修复的精度极限。

它不仅为声带患者带来希望，更预示着一个精准微创外科的新时代。

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