一组生物力学工程师与外科医生联手打造出一款3D打印软机器人,有望彻底改变声带手术。这款设备专为向受损组织直接输送水凝胶设计,直径仅2.7毫米,是目前已知最小的生物打印机。研究详细说明,这款由外科医生操控的柔性工具,能比以往更精准地重建脆弱的声带组织,帮助患者术后恢复发声能力。
声带手术常导致患者声带褶皱僵硬、留下疤痕,进而影响说话。约3%至9%的人会因囊肿、增生或癌症需手术切除,最终引发发声障碍。外科医生通常会注射水凝胶预防疤痕形成,但在狭窄的咽喉部位,注射很难精准控制。
这正是麦吉尔大学团队介入的契机。“我们的设备不仅追求精准度和打印质量,还充分考虑了外科医生的使用便利性,”该研究第一作者、生物医学工程师斯文·格罗恩(Swen Groen)表示,“其小巧灵活的设计能融入标准手术流程,在受限的操作空间内实现实时手动控制。”
研究人员的目标是打造一款可放入患者咽喉、且不遮挡外科医生视野的微型打印机。现有用于肝脏和结肠的生物打印机体积过大,无法适应如此精细的操作环境。起初,就连研究人员都怀疑这一想法的可行性。“一开始我觉得这根本做不到——要造出直径小于3毫米的柔性机器人,这简直是不可能的挑战。”研究资深作者吕克·蒙若(Luc Mongeau)说。
为实现这一突破,团队从一个意想不到的对象——象鼻身上汲取了灵感。机器人的打印头模仿象鼻的柔性线缆控制结构:纤细的“象鼻”顶端装有喷嘴,尾部连接着安装在手术显微镜上的控制模块。
“这款设备的出色之处在于,尽管本质上像根软管,但其动作却完全可控,”合著者奥德丽·西达尔(Audrey Sedal)说,“大家都见过软管——一旦通水,它就会不受控制地乱晃,而我们的设备不会。”
研究人员对系统进行了测试:先手动“打印”出螺旋、心形、字母等形状,随后用它向手术训练用的合成声带输送水凝胶。机器人成功精准重建了声带褶皱的形态,复刻出因病灶切除或部分组织重建导致的真实声带缺损。
目前,这款设备需由外科医生手动操作,但团队计划为其添加半自动功能。“我们正努力将这项技术推向临床,”蒙若说,“下一步是在动物身上测试这些水凝胶,希望之后能开展人体临床试验,验证生物打印机与水凝胶的精准度、实用性及临床效果。”
若试验成功,这款手掌大小的机器人将为显微外科开启新篇章——让受损的发声能力得以层层重建,逐步恢复。