自体细胞培养、3D技术打印，20岁女子长出“新耳朵”

*仅供医学专业人士阅读参考

通过实验室、培养皿来模拟大自然，成了吗？

撰文 |燕小六

来源 | “医学界”公众号

人造器官“零件化”“汰旧换新”，距离我们又近了一步。

据《纽约时报》近日报道，美国再生医学植入物科技公司3DBio Therapeutics宣布，其利用人体细胞培育、经3D打印的耳植入物AuriNovo，成功完成首例植入术，重建患者缺失的外耳。

图片说明：左图为AuriNovo植入术前；右图为AuriNovo植入后3个月左右。/Microtia-Congenital Ear Institute,3DBio Therapeutics

3D技术怎么“打印”耳朵？

《纽约时报》报道，接受移植的是一名20岁墨西哥女性。出生后，她即被诊断为先天性小耳畸形。

这是一种罕见的先天性结构异常，表现为一侧或两侧外耳发育不全，严重者可出现外耳完全缺失。其发生率为每万人0.83-17.4例，男性更多见。在头面部先天畸形中，发生率仅低于先天性唇腭裂。我国每年约有2500名相关患儿需要进行耳再造手术。

图片说明：先天性小耳畸形分级，从左到右，缺失程度不断加重。/microtia surgeon

由于涉及专利，3DBio Therapeutics未详述打印细节。

综合《纽约时报》、《美国康奈尔大学校报》解读，它可能包括如下步骤：

第一，对患者健康的左耳进行3维CT扫描、创建3D模型，并进行镜像对称，以获得右耳形态。

第二，从畸形耳部取出半克软骨，提取出软骨细胞，在专有的营养液中培育、扩增为数十亿个细胞。

第三，将软骨细胞与治疗级、基于胶原蛋白的生物墨水（ColVivo）混合。这种生物墨水是无菌的，可保留关键的生物和流变特性。“这个过程就像把巧克力碎片融进冰淇淋中。”3DBio Therapeutics首席科学官纳撒尼尔・巴赫拉赫（Nathaniel Bachrach）表示。

第四，混合材料经临床级3D生物打印机（GMPrint），按照3D模型，喷射、成型为与健康耳朵大小、形状相匹配的植入物。整个打印过程约为10分钟。

第五，使用特定技术，制作一个临时的、可生物降解的耳形支架，将3D打印的耳软骨置于其中。耳形支架可以为植入物，提供保护和结构支撑。

图片说明：实验室培育出的3D生物打印耳植入物AuriNovo。/3DBio Therapeutics

据《纽约时报》，今年3月，美国小耳症-先天性耳部畸形研究所耳再造外科医生阿图罗・博尼利亚（Arturo Bonilla）携团队完成手术，将“定制耳”植入患者耳部，“它似乎无缝地融入患者身体。”

至今，该名患者未见排异反应。

这也在意料之中。3DBio Therapeutics称，植入物采用患者自身细胞培育，出现排异现象的几率较低。

公司方面表示，AuriNovo相关技术于2019年获得美国食品和药物管理局（FDA）的孤儿药资格。上述手术是AuriNovo人体Ⅰ/Ⅱa期临床试验的一部分，共计划招募11名6-25岁的先天性小耳畸形者。

术后随访将持续5年，以评估长期安全性和外观疗效等。研究完成后，所有数据会于医学期刊发表。

图片说明：美国小耳症-先天性耳部畸形研究所耳再造外科医生阿图罗・博尼利亚（Arturo Bonilla）近影。/The New York Times

3D打印耳朵，有两类

国内耳再造知名专家，西安国际医学中心整形外科医院院长、主任医师郭树忠教授告诉“医学界”，3D打印用于耳再造，并不是“新鲜事”。目前主要分成两大类。

第一类是全球普遍在用的、3D打印耳部立体模型，作为手术参照物，以取代之前用胶片剪出来的平面模型。在这一情况下，3D打印模型并不会植入人体。

“上了手术台，我们可以对着3D模型，雕刻、制作耳软骨支架。”郭树忠教授介绍，这样能提高雕刻精度和速度，避免医生来回翻看健康耳。

目前，多数耳再造手术所用材料，选取患儿的肋软骨进行雕刻，占比达95%以上。有研究显示，肋软骨是永久性耳支架的可靠材料。但其采集过程需开胸手术，可能造成供区损伤，以及儿童7周岁后肋软骨才能较好雕刻。这些是医患双方共同的痛点。

也有一些手术会用到聚乙烯、硅胶等人工材料，占比约为3%。这类材料制成耳支架，和人体相容性不佳，后期可能出现移位、断裂，也可能穿出皮肤，导致手术失败。

图片说明：3D打印的外耳模型。/受访者提供

第二类就是用组织工程技术，把人体细胞打印成耳朵支架、结构。

2018年，上海交通大学医学院附属第九人民医院、上海组织研究重点实验室、中国全国组织工程中心、潍坊医学院和大连大学新华医院等联手，通过软骨细胞培养、3D打印等，培育出“耳植入物”，并成功植入5名6-9岁单边小耳症患儿耳部。

郭树忠教授也参与了该次研究。他告诉“医学界”，这和前述美国手术非常相似。

术后平均两年半的跟踪调查显示，有3名患儿的新耳朵完全正常，形状、大小和棱角等，与健康一侧耳朵高度匹配。另两名患儿的新耳朵出现轻微扭曲。美国《网络生物医学》彼时称，该突破性研究为全球首例。

但随着时间推移，更多问题出现。“耳植入物出现压迫、变形、吸收等，导致耳支架的生物力学强度不够。”郭树忠教授介绍，这一尝试仍停留在实验室阶段。

复旦大学附属眼耳鼻喉科医院相关研究曾分析，通过组织工程技术培养耳软骨的技术日趋成熟，但要应用于临床仍面临诸多挑战。其中之一，就是如何提高耳软骨的力学和抗磨性能，以长期保持形状。以及，如何协调软骨细胞在体内再生以及降解的速度，以免降解过快导致结构缺失等。

“若距离上市有100步，这才走了不到10步”

《纽约时报》指出，人类移植技术已取得多项突破性进展。

今年1月，美国成功将转基因猪心脏植入一名患者体内，患者术后存活约两个月。为手术提供转基因猪的公司也在实验生物3D打印，用于“培育”移植肺。此外，以色列理工学院成功运用生物3D技术、打印出血管网络。

3DBio Therapeutics公司表示，其专利技术或可打印出其他身体部位，如椎间盘、鼻子、膝关节半月板，并最终打印出肝脏、肾脏、胰腺等复杂器官。

郭树忠教授认为，“生物3D打印器官”距离正常器官，还有非常远的距离。“如果研发到上市要走100步，我们目前停留在1-10步之间。”

他介绍，组织工程技术打印耳朵明显更简单，因为耳软骨没有血管，结构单一。

“肝脏有胆道，肠道内有特殊的吸收结构，它们都包含多个细胞成分。”郭树忠教授表示，在实验室、通过培养皿来模拟大自然，是非常困难的，人类还远远达不到这种调配程度。

“整个耳再造学界都在等待这种技术：我们不必再开胸，患者每天都能痊愈。”阿图罗・博尼利亚告诉《纽约时报》。

他介绍，多数患儿是单侧耳畸形，对侧耳朵没问题，听力并非完全损失，对日常生活影响不大。但许多患儿会被同龄人取笑，这可能导致其焦虑、抑郁，对社会充满敌意。

前文所述女患者就告诉《纽约时报》，长到十多岁时，耳朵的外观让她备受困扰，决意要手术。

她说，自己一直留长发，试图遮住右耳。现在，她开始期待自己剪短发或盘发的样子。

资料来源：

[1]Doctors Transplant Ear of Human Cells,Made by 3-D Printer.The New York Times

[2]Cornellian-founded company implants 3D-bioprinted ear.Cornell.Edu

[3]生物3D打印――从形似到神似.浙江大学学报(工学版),2019,53(3):407-419 doi:10.3785/j.issn.1008-973X.2019.03.001

来源：医学界

责编：郑华菊

校对：臧恒佳