3Dプリントされた耳で人間の耳を再現するグラフトを作製

April, 23, 2024, New York--Weill Cornell MedicineとCornell Engineeringの研究者は、最先端の組織工学技術と3Dプリンタを使用して、見た目も感触も自然な成人の人間の耳のレプリカを組み立てた。
Acta Biomaterialia誌に発表されたこの研究は、先天性奇形を持って生まれた人や、後年耳を失った人のために、明確に定義された解剖学的構造と正しい生体力学的特性を持つ移植片の有望性を示している。

「耳の再建には、複数回の手術と、信じられないほどの技巧と繊細さが必要になる」と、Weill Cornell Medicineおよびニューヨーク長老派/ワイルコーネル医療センタ（NewYork-Presbyterian/Weill Cornell Medical Center）の形成外科および再建外科部門のチーフであり、同大学の外科(形成外科)の教授、主任著者のDr. Jason Spectorはコメントしている。「この新しい技術は、最終的に、外耳の変形を矯正するための手術を必要とする何千人もの人々にとって、現実的に感じられる選択肢を提供する可能性がある」。

多くの外科医は、子供の肋骨から軟骨を切除して人工の耳を作るが、この手術は痛みを伴い、瘢痕を残す可能性がある。また、結果として得られるグラフトは、レシピエントのもう一方の耳に似せて作成することができるが、一般的には同じ柔軟性はない。

構造にテクスチャを追加
より自然な人工耳を作る方法の1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だ。以前の研究では、Dr. Jason Spectorと同氏チームは、動物由来の軟骨細胞を使用して、軟骨の重要な成分であるコラーゲンで作られたスカフォールドを播種した。これらのグラフトは最初はうまく発達したが、時間が経つにつれて、耳のはっきりとした地形(おなじみの隆起、曲線、渦巻き)が失われた。「細胞が働くときにタンパク質の織り込まれたマトリックスを引っ張るので、耳は半分に収縮したり縮んだりした」とDr. Spectorは話している。

この研究では、この問題に対処するために、Dr. Spectorと同氏のチームは、免疫拒絶反応を引き起こす可能性のあるものをすべて除去するために、滅菌された動物由来の軟骨を使用した。これを、人の耳のデータに基づいて3Dプリンタで作成した複雑な耳の形をしたプラスチックのスカフォールドに積み込んだ。軟骨の小片は、スカフォールド内に新しい組織形成を誘導する内部補強材として機能した。鉄筋と同じように、グラフトを強化し、収縮を防ぐ。

その後3ヶ月～6ヶ月の間に、この構造は、らせん状の縁、「反らせん」の縁の内側、中央のコンカルボウルなど、耳の解剖学的特徴を忠実に再現した組織を含む軟骨に発達した。「これは、これまで達成できなかったことである」（Dr. Spector）。

耳の感触をテストするために、Dr. Spectorの長年の工学協力者であるDr. Larry Bonassar、コーネル大学イサカキャンパスのMeinig School of Biomedical Engineeringの生物医学工学のDaljit S.およびElaine Sarkaria教授と共同で生体力学的研究が行われた。これにより、レプリカが人間の耳の軟骨に似た柔軟性と弾力性を持っていることが確認された。しかし、人工材料は天然の軟骨ほど強くなく、裂ける可能性がある。

この問題を解決するために、Dr. Spectorは軟骨細胞、理想的にはレシピエントのもう一方の耳から切除された軟骨の小片に由来する軟骨細胞をミックスに加えることを計画している。「これらの細胞は、耳の軟骨を非常に丈夫にする弾性タンパク質を産生し、生体力学的に生来の耳とはるかによく似た移植片を生成するだろう」とDr. Spectorはコメントしている。