当人们想到蟒蛇时，常常会浮现出一条大蛇勒紧猎物的形象。然而，研究人员发现蟒蛇最初是用向后弯曲的锋利牙齿抓住猎物。这些牙齿非常适合握住软组织而不造成损伤。哥伦比亚大学的骨科与生物医学工程教授斯塔夫罗斯·托莫波洛斯博士一直在探索在外科手术中模仿这些牙齿的想法。
创新的方法
托莫波洛斯博士是一位在肌腱与骨骼附着发展方面的领先专家，专注于改善肌腱与骨骼的修复，这对于如旋转袖修复和前交叉韧带重建等手术至关重要。在最近发表在Science Advances上的一项研究中，他的团队引入了一种仿蟒牙设备，以增强当前的旋转袖缝合修复，修复强度几乎增加了一倍。
“随着年龄的增长，人口中相当一部分人将会经历旋转袖撕裂，导致疼痛和活动受限，”托莫波洛斯博士说。“尽管旋转袖手术是最佳治疗选择，但令人关注的是，许多修复手术在术后不久就失败。我们受到蟒牙启发的仿生方法旨在安全地将肌腱重新附着到骨骼上。该设备不仅增强了修复，还可以根据个体患者的情况量身定制，在改善旋转袖损伤护理方面具有巨大潜力。”
旋转袖的挑战
旋转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。这些损伤的发生率随着年龄增长而上升，65岁以上的人群中，超过40%会经历撕裂。
由于旋转袖撕裂通常发生在肌腱与骨骼的插入部位，外科修复工作集中在解剖学上恢复肌腱附着。尽管美国每年进行超过60万次旋转袖手术，费用达到30亿美元，但成功地将肌腱重新连接到骨骼仍然是一项重大挑战。
目前的技术涉及缝合，可能因在运动中高应力点撕裂肌腱而导致高失败率。这一问题，被称为“缝合拉穿”或“奶酪线”，通常导致修复失败，特别是在有显著撕裂的老年患者中。
尽管旋转袖修复方法已经取得了一些进展，但缝合组织的基本手段仍然基本不变，依赖缝合在线应力集中点上转移张力。然而，这些缝合可能失效，导致手术后在这些高应力点处肌腱撕裂。
“我们的目标是创造一种受到蟒牙启发的装置，以有效地抓住软组织而不造成撕裂，从而降低旋转袖修复后再撕裂肌腱的风险，”首席研究员伊登·库塔利亚吉说。
创新设备
为了模拟蟒牙，研究团队进行了模拟、3D打印和尸体实验，以探索牙齿的形状和力学。库塔利亚吉开发了多种牙齿设计，最终在一个由生物相容性树脂制成的曲面基础上创造出一组定制的仿生牙齿。这些牙齿设计得很小，以防它们突出穿过肌腱，底座通过3D打印进行个性化，以匹配患者在肌腱附着部位的骨结构曲率。
“我们的设备旨在补充当前的外科方法，在不需要完全改变手术程序的情况下增强修复的强度，”库塔利亚吉指出。
研究团队
在斯塔夫罗斯·托莫波洛斯博士和盖·杰宁博士的指导下，库塔利亚吉领导了这项研究，并得到了哥伦比亚大学骨科手术部主任威廉·莱文博士的意见。与骨科外科医生密切合作，使团队能够在设备设计中融入有价值的临床见解。
未来方向
研究人员正在开发一种可生物吸收的设备版本，该版本将在旋转袖愈合过程中降解，进一步提升其临床实用性。他们还准备与FDA进行讨论，以促进设备的市场进入。
