3Dプリント技術：右中耳骨を個人に合わせてカスタマイズし、難聴の問題を解決

耳の奥深くには米粒ほどの大きさの耳骨が3つあり、鼓膜から音を伝える役割を果たしています。通常、耳の小さな骨の 1 つが損傷している場合は、医師がセラミックまたは金属の代替品を移植することができます。しかし、ぴったりフィットしていないと、簡単にずれてしまい、より重度の難聴を引き起こす可能性があります。現在、研究者たちは3Dプリント技術を使って、個人の右中耳骨をカスタマイズすることを提案している。現在のセラミックや金属のインプラントの問題点は、手術中または手術後に位置がずれてしまう可能性があることです。また、インプラントが瘢痕組織で覆われ、音を伝える能力を失うリスクもあります。このタイプの手術の成功率はわずか 55% から 75% です。

ボルチモアのメリーランド大学医学部の放射線科助教授、ジェフリー・D・ハーシュ博士は、手足を含む人間の義肢の3Dプリントからインスピレーションを得たので、耳の骨にも同じアプローチを試してみませんか？研究者たちはCTスキャンを使って、「耳小骨」と呼ばれる3つの耳の骨の正確な地図を作成した。そして正確なモデルを印刷し、それを人間の標本の耳に取り付けた。

ハーシュ氏によると、「3つの耳小骨は鎖のように互いにつながっており、いずれかのリンクが壊れると伝音性難聴を引き起こす」という。研究者らは、それぞれ3つの耳小骨を持つ3つの人間の標本を採取し、真ん中の耳小骨を取り除いた。 CTスキャナーを使って地図を作成し、それを元にデスクトップ3Dプリンターで樹脂を使った簡単な柱を作りました。柱の端はカップ状になって開いており、隙間にぴったり収まります。ハーシュ氏は4人の外科医に、印刷された耳小骨と人間の標本を照合するよう依頼した。「物語の中のゴルディロックスのようなものだ。これはきつすぎる、あれはゆるすぎる」とハーシュ氏は言う。 4人の医師全員が正しい判定を下した。「医師たちは、まるでカチッという音のように、まさにぴったりだと言っていました」と、同氏はさらに説明した。この研究は北米放射線学会の年次総会で発表され、論文はもともと「3D Printing in Medicine」誌に掲載されました。

スタンフォード大学のロバート・ジャクラー博士は、この研究は重要な概念実証であると考えている。ジャックラー医師は、難治性で複雑な耳の病気の治療を専門とする耳鼻科医および耳神経科医です。彼は、3Dプリントされた中耳骨は学生に手術法を教えるために長い間使用されてきたが、臨床患者に使用されたことは一度もないと指摘した。
注: インターネットのイラストハーシュ氏と彼のチームは、ある問題を見落としていた。手術中に骨自体と周囲の組織との関係が変化するのだ、とジャックラー氏は語った。耳の骨は感染後に侵食されることが多いため、医師はまず耳の骨を洗浄する必要があります。つまり、手術前と手術中とでは骨自体が変化することになります。解決策の 1 つは、最終的にはスキャン装置とプリンターを手術室に持ち込み、手術中にカスタムの耳骨を作成できるようにすることです。

さらに、印刷材料は生体適合性でなければなりません。重すぎてもいけないし、適切な振動特性を持つ必要があるとジャックラー氏は強調した。「弾力が強すぎたり、緩すぎたり、重すぎたりすると、振動には良くありません。同様に、硬すぎる素材を使用すると、音が通過できなくなります。」

ヒルシュ氏は、この研究には現時点では多くの限界があることを認めた。研究に使用された人体は、人間の頭部全体ではなく、切断後の部分標本であったため、スキャンは代表的ではなかった。また、研究者らは、修復された耳の骨が音をうまく伝導できるかどうかを確認するための伝導テストを後の段階で実施しなかった。彼が興奮しているのは、多孔質インプラントの設計やそれにヒト幹細胞を浸透させること（幹細胞は骨を成長させることができる）など、今後の無限の可能性だ。「理論的には、幹細胞を注入した人工器官を移植すれば、患者自身の細胞に基づいて体が永久的な人工器官を作り出す可能性がある」と同氏は語った。

ハーシュ氏は、耳の骨の印刷は義肢印刷の波の中でのほんの小さな波紋に過ぎないと考えている。「3D プリントは義肢に革命を起こしています。将来的には、インプラントを必要とする人は誰でも、いつでも画像データに基づいてカスタマイズされた独自の製品を手に入れることができるようになります。」

出典：AIP InsideScience & Penguin Science 詳しい情報：河南省が3Dプリント支援による初の耳再建手術を完了科学者らは3Dプリントを使用して耳の形をした血管網を作成し、これが3Dプリント臓器の重要な補助となる可能性がある

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