哥伦比亚大学采用仿生学设计3D打印肩袖修复装置

2024年7月7日，南极熊获悉，哥伦比亚大学的研究人员从蟒蛇牙齿锋利且向后弯曲的仿生结构中获得灵感，开发出一种新型医疗设备，旨在改善肩袖修复。这项研究成果最近发表在《科学进展》期刊上。利用先进的3D打印技术制造的这种仿生设备显著增强了肩袖手术的修复强度，几乎使其翻倍。

△该研究题目为“受蟒蛇牙齿启发的固定装置，用于增强肩袖修复”（传送门）

肩袖损伤

根据有关数据，肩袖撕裂是最常见的肌腱损伤之一，每年影响超过1700万美国人。随着年龄增长，损伤发生率显著增加：65岁以上人群中超过40%患有此病。

这种损伤通常发生在肌腱与骨骼结合处，肩袖修复的主要目的是解剖学上的肌腱再附着。手术修复是恢复肩关节功能的主要治疗方法，每年在美国进行60多万例手术，支出超过30亿美元。

然而，成功实现肌腱与骨骼的重新连接仍然是一项重大的临床挑战。手术后的失败率极高，随着患者年龄和撕裂程度的增加而增加。在年轻患者中，轻微撕裂的失败率为20%，而在老年患者中，尤其是面积较大的撕裂，失败率可高达94%。肩袖修复最常见的失败原因是在两个或四个抓握点处使用的缝线撕裂肌腱。

该研究的第一作者Iden Kurtaliaj表示："我们决定看看能否开发出一种模仿蟒蛇牙齿形状的装置，它能有效抓住软组织而不会撕裂，并有助于降低肩袖修复后肌腱再次撕裂的风险。“

△用于肩袖修复的3D打印仿生装置

弯曲的牙齿抓住而不是撕裂

新设备旨在缓解这一问题。研究小组采用了大量模拟、3D打印和实验来完善设计。其结果是在一个弯曲的基座上形成了一个小型、生物相容性树脂齿列。这些齿仅有3毫米长，旨在抓住肌腱而不切断肌腱，从而降低再次撕裂的风险。底座可以通过3D打印技术进行定制，以适应患者肱骨头的特定弧度，从而提高设备的有效性和个性化。

△通过3D打印技术实现弯曲的“牙齿”

目前，外科医生可以将这种生物仿生设备融入他们目前的手术中，以提高修复强度，而无需从根本上改变他们的手术方法。

展望未来，研究人员正在开发一种可吸收的肩袖修复装置，旨在随着肌腱愈合逐渐降解，提高临床实用性。他们还在准备与美国食品和药物管理局（FDA）举行提交前会议，以促进其创新装置向市场过渡。这一进展标志着骨科手术向前迈出了重要一步，可能改变肩袖损伤的治疗格局。