瑞士ETH苏黎世联合研究团队利用3D打印技术，成功构建功能性耳软骨，力学性能接近天然组织。研究团队通过高密度生物墨水和人耳软骨细胞打印耳朵模型，经过体外培养及动物实验验证，结构稳定、柔韧性良好，为耳部先天缺损或外伤重建提供新方案。该研究不仅减少了传统肋软骨移植的痛苦和风险，也展示了3D打印在可控软组织工程与再生医学中的巨大潜力，为未来个性化耳部重建和临床应用奠定基础。
苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）、弗里德里希·米歇尔研究所（Friedrich Miescher Institute）和卢塞恩州立医院（Cantonal Hospital of Lucerne）的研究人员利用3D打印技术，成功工程化了具有弹性的耳软骨，其力学性能与天然组织高度相似。研究团队使用人耳软骨细胞制造构建体，在动物模型中六周内保持了形状和柔韧性，这标志着面向患者个性化的实验室培养耳部替代品取得了重要进展。
这一进展有望减少对痛苦的肋软骨移植的依赖，改善先天性或创伤性耳部重建的效果，并展示3D打印在制造稳定、功能性软组织再生医学中的潜力。
满足临床需求
该研究针对一个关键需求：许多人因烧伤、意外事故或先天畸形（如先天性小耳畸形，约每1万人中有4例）失去耳朵。传统重建依赖肋软骨，这种方法可能伴随疼痛、疤痕，并产生比天然耳朵更硬的结构。研究人员面临的挑战是制造既能模仿耳朵形态又具备柔韧性的替代品。
研究人员解释说，一个主要难题仍是弹性蛋白的生成，这种蛋白负责耳朵的天然柔韧性。除了产生弹性蛋白，他们还必须将其组织成正确的结构网络，并在时间上保持稳定。
团队从矫正手术中取出的小块软骨开始实验。从一块3毫米的样本中，大约可以提取10万个细胞，而打印一只完整耳朵则需要数亿个细胞。研究人员在特殊营养液中扩增细胞，并开发了一个培养系统，以确保打印构建体内部的氧气和营养供应。
稳定性、挑战与下一步
研究人员将细胞加入凝胶状生物墨水，并3D打印成耳朵形状。起初组织较软，在培养箱中培养数周，以促进Ⅱ型胶原蛋白、弹性蛋白和糖胺聚糖的发展。外部研究的第一作者Philipp Fisch强调：“输入材料固然重要，组织自身的发展能力同样关键。”
经过九周的实验室培养后，耳朵被植入大鼠皮下。在六周内，这些构建体保持了尺寸稳定性，并在力学性能上与天然软骨相似。Fisch将成功归因于“优化细胞增殖、调整材料性能、增加细胞密度，以及控制成熟环境”。
尽管取得了这一成就，团队仍承认局限性：Fisch表示，“弹性蛋白仍然是我们的挑战，因为我们尚未完全成熟化它。我们观察到组织的变化，这清楚地表明我们需要进一步稳定它。”团队补充说，该研究耗时长，每次实验需三至四个月，同时努力解读建立稳定弹性蛋白网络所需的复杂且仍未明确的蓝图。
展望未来，Fisch希望在五年内找到这一蓝图，为临床试验和监管审批铺平道路。Fisch解释说，下一阶段涉及临床试验、标准化测试以及监管审批。
“我们当前的研究为研究现状提供了良好指南，”Fisch总结道，“它显示了我们已经多接近重建人耳——以及仍缺失的部分。”
3D打印实现接近天然力学的软骨
增材制造技术正在实现实验室培养软骨和工程化组织，其力学性能接近人体组织，这解决了再生医学中的关键瓶颈：传统移植物往往无法同时复制结构和弹性。通过结合高细胞密度的生物墨水与精确的3D生物打印，研究人员正在制造能够在前临床模型中保持形状和柔韧性的构建体，并展示了其在长期内的功能稳定性。
例如，维也纳工业大学（TU Wien）的研究人员开发了一种使用激光制造多孔支架的3D打印方法，以生产人工软骨组织，使干细胞能够融合成均匀、稳定的软骨结构。同样，伊利诺伊大学芝加哥分校和加州大学戴维斯分校的团队展示了利用高细胞密度生物墨水的多相生物打印技术，成功制造出包含软骨和骨骼区域的构建体，并在保持几何形状和力学强度方面取得关键进展，这对于复杂组织生物打印是一大突破。
