Mellomøret i hørselsbenet - malleus, incus og stapes - er de minste benene i menneskekroppen. Alle tre kan passe på en krone, med plass til overs. Deres jobb er å overføre lyder fra øretrommelen til væsken i det indre øret. Sykdommer, ulykker og svulster kan skade disse benene og forårsake det som kalles "ledende hørselstap." Løsningen er en delikat kirurgi, der beinene erstattes av en liten protese. Men operasjonen har en relativt høy sviktfrekvens, omtrent 25 til 50 prosent.
Nå bruker forskere ved University of Maryland Medical Center 3D-skrivere for å lage tilpassede øreben. De håper disse protesene vil forbedre den nåværende teknologien og heve suksessraten for kirurgi.
Teamet, bestående av en radiolog og to øre-, nese- og halsleger, tok ossiklene fra tre menneskelige kadavre og fjernet de midterste beinene, eller påføringer. De brukte deretter en CT-skanner for å ta bilder av hullene som ble forlatt av påføringene, og designet små proteser for å passe til disse hullene. Protesene varierte med bare brøkdeler av millimeter, med aldri så litt forskjellige vinkler.
Forskerne ga deretter fire forskjellige kirurger de tre protesene og lot dem gjette hvilken som gikk i hvilket øre. Hver kirurg matchet protesene uavhengig av hverandre med de riktige ørene.
"De sa at det ikke var så vanskelig å finne ut av det, " sier Jeffrey Hirsch, radiologiprofessor som ledet forskningen. "Det var nesten som en slags ting fra Goldilocks - denne protesen var for stram i dette øret og for løs i dette øret, men i dette øret er det helt riktig."
Forskningen ble nylig publisert i tidsskriftet 3D Printing in Medicine .
Neste trinn vil være å teste protesene for funksjon ved bruk av kadavre eller dyremodeller. De kan kjøre vibrasjoner gjennom en protese for å se hvordan den overfører lyd.
Rendering av protese på plass (University of Maryland Medical Center) Det vil være noen betydelige utfordringer å overvinne før protesen er klar til bruk for mennesker. CT-bildene som ble brukt til å lage protesene, ble laget med kadaverhodeskaller som bare hadde blitt kuttet til å omfatte en del av det omkringliggende beinet. I et levende menneske med en intakt hodeskalle kan disse bildene være mer utfordrende å oppnå.
Så er det spørsmålet om materiale. Prototypene som ble brukt i studien ble laget av en polymer som ikke er godkjent av FDA for permanent implantasjon hos mennesker. Så teamet vil til slutt måtte finne et biokompatibelt materiale. De eksperimenterer også med om protesen kan utformes med en vaffelignende struktur for å gjøre den til stillas for stamceller. Så i teorien kunne protesene være laget av ekte bein, noe som ville redusere risikoen for avvisning.
De siste årene har en rekke forskere brukt 3D-utskrift for å lage eksterne ører eller øredeler. Forskere i Storbritannia og California brukte stamceller for å dyrke ører på 3D-trykte stillas for å behandle barn med mikrotia, en medfødt misdannelse i det ytre øret. Forskere ved Wake Forest University har laget eksterne øredeler med en 3D-skriver ved å bruke levende celler og biologisk nedbrytbare polymerer.
"Ulike grupper av etterforskere er rettet mot utskrift av øredeler på grunn av behovet for forbedret teknologi for pasienter med hørselstap, " sier Anthony Atala, direktør for Wake Forest Institute for Regenerative Medicine.
Atala sier University of Maryland-forskningen er "veldig lovende, siden disse strukturene spiller en integrert rolle i hørselsfunksjonen i øret."
Rollen til 3D-printing i regenerativ medisin er ikke begrenset til ører, selvfølgelig. Forskere, inkludert Atala og teamet hans, har jobbet med å utvikle 3D-trykkteknologi for alle slags kroppsdeler, fra hud til bein til nyrer. I 2012 implanterte forskerne en 3D-trykt midlertidig vindpipe i en baby som hadde blitt født med en medfødt defekt som fikk bronkialrørene hans til å kollapse.
"Jeg tror virkelig at 3D-utskrift kommer til å bli en standard for omsorg når det er behov for en protese, enten det er et ledd eller et mellomøre, " sier Hirsch. "Omsorgsstandarden vil ikke være en hyllevare-komponent, men en komponent som er spesialdesignet for den spesifikke pasienten."
