研究者は3Dプリントを使用して、正確な解剖学的構造と生体力学的特性を備えたよりリアルな耳を再現します。

南極のクマはじめに:耳介再建の従来の方法には、自家肋軟骨移植と同種インプラントがありますが、技術的な課題があり、美観と触感の結果が満足のいくものではないことがよくあります。そこで研究者たちは、バイオエンジニアリングの原理と3Dプリント技術を使った新しいアプローチを模索しました。

2024年4月1日、アンタークティックベアは、ウェイル・コーネル医科大学とコーネル工科大学の研究者が3Dプリント技術を使用して、よりリアルな実物大の人間の耳を複製したことを知りました。この技術は、医療分野や、人工装具の製造、手術シミュレーション、その他の医療用途などの他の分野に大きな影響を与える可能性があります。

△研究タイトルは「3Dプリントされた外部スキャフォールドと脱細胞化異種移植軟骨を使用したバイオエンジニアリングされたフルサイズの耳介」（ポータル）
研究者らは、最先端の組織工学と3Dプリントのおかげで、見た目も感触も自然になったと述べている。ジャーナル・オブ・バイオマテリアルズにオンライン掲載されたこの研究は、先天性奇形を持って生まれた人や、後年耳を失った人に対して、明確な解剖学的構造と適切な生体力学的特性を備えた移植片を提供できる可能性がある。

脱細胞化軟骨異種移植片を使用してフルサイズの耳を生物工学的に作製し、これを 3D プリントされた外耳介スキャフォールド内に配置しました。このスキャフォールドは、自然な人間の耳介のサイズ、形状、生体力学的特性を模倣しています。
技術研究開発の背景

耳の再建には複数回の手術と高度な芸術性と繊細さが必要です。「この新しい技術は、外耳の変形を矯正する手術を必要とする何万人もの人々にとって、最終的には現実的な選択肢となる可能性がある」と、ニューヨーク・プレスビテリアン/ウェイル・コーネル医療センターの外科教授（形成外科）兼形成外科部長のジェイソン・スペクター医学博士は語った。

多くの外科医は、子供の肋骨から採取した軟骨を使って耳の代わりを作りますが、この手術は痛みを伴い、傷跡が残ることもあります。移植された軟骨は、移植を受けた人のもう一方の耳に似た形に作ることができますが、通常は同じ柔軟性はありません。

△耳の再建には複数回の手術が必要より自然な耳を作る方法の一つは、軟骨を作る細胞である軟骨細胞の助けを借りることです。以前の研究で、スペクター博士と彼の同僚は、動物由来の軟骨細胞を使用して、軟骨の主成分であるコラーゲンの足場を植え付けました。これらの移植片は当初はうまく発達しましたが、時間が経つにつれて、隆起、曲線、輪郭などの耳の本来の明確な形態学的特徴が徐々にぼやけたり、消えたりしました。スペクター博士は次のように説明した。「細胞は成長するにつれてタンパク質マトリックスを引っ張るので、耳は縮み、半分に縮みます。」

△写真は、人間の耳の正面図（左）と背面図（右）のデータを基に 3D プリンターで作成された複雑な左耳用プラスチックブラケットです。
3Dプリント技術を用いた実物大の耳介の再建

この研究でこの問題に対処するため、スペクター博士と彼のチームは滅菌した動物の軟骨を使用して、免疫拒絶反応を引き起こす可能性のある物質をすべて除去しました。その後、軟骨は、人間の耳のデータを基に 3D プリンターで作られた複雑な耳の形をしたプラスチックの足場の中に収められます。これらの軟骨の小片は内部補強材として機能し、足場内で新しい組織の形成を促します。鉄筋と同様に、接ぎ木部分を強化し、収縮を防ぎます。

スペクター博士は次のように付け加えた。「今後3～6か月で軟骨組織が成長し、耳介の特定の部分や曲線など、実際の耳の構造と形状に非常に似た形になります。これはこれまで達成されたことのないことです。」

研究者らは、3Dプリントされた耳をテストしたところ、そのレプリカは人間の耳の軟骨と同様の柔軟性と弾力性を持つことがわかったと述べた。しかし、人工素材は天然の軟骨ほど強度がないため、裂傷を引き起こす可能性があります。

研究者は3Dプリントを使用して、正確な解剖学的構造と生体力学的特性を備えたよりリアルな耳を再現します。

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