哥倫比亞大學采用仿生學設計3D打印肩袖修復裝置

2024年7月7日，南極熊獲悉，哥倫比亞大學的研究人員從蟒蛇牙齒鋒利且向后彎曲的仿生結構中獲得靈感，開發(fā)出一種新型醫(yī)療設備，旨在改善肩袖修復。這項研究成果最近發(fā)表在《科學進展》期刊上。利用先進的3D打印技術制造的這種仿生設備顯著增強了肩袖手術的修復強度，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”（傳送門）

肩袖損傷

根據(jù)有關數(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)生在肌腱與骨骼結合處，肩袖修復的主要目的是解剖學上的肌腱再附著。手術修復是恢復肩關節(jié)功能的主要治療方法，每年在美國進行60多萬例手術，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94%。肩袖修復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后肌腱再次撕裂的風險�！�

△用于肩袖修復的3D打印仿生裝置

彎曲的牙齒抓住而不是撕裂

新設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計。其結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險。底座可以通過3D打印技術進行定制，以適應患者肱骨頭的特定弧度，從而提高設備的有效性和個性化。

△通過3D打印技術實現(xiàn)彎曲的“牙齒”

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

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。他們還在準備與美國食品和藥物管理局（FDA）舉行提交前會議，以促進其創(chuàng)新裝置向市場過渡。這一進展標志著骨科手術向前邁出了重要一步，可能改變肩袖損傷的治療格局。