细菌巧造人工耳!马竞/张天宇团队突破耳廓畸形修复难题，利用细菌编织人工耳廓支架

来源：生物世界 2025-05-28 16:37

这项新研究首次将微生物制造技术引入器官再造领域，不仅为众多小耳畸形患者带来曙光，更为复杂组织工程开辟了新思路，或许未来，心脏瓣膜、血管网络都能利用“微生物工厂”进行精准编织。

耳朵是人体最精密的三维器官之一，拥有三层结构、数十处的细微凹凸结构。耳廓修复一直是整形外科的 硬骨头 ，主要挑战在于制造一个能够精确复制耳廓复杂三维结构的集成支架。传统方法需要 拆肋骨造耳朵 ，风险高、效果依赖医生手艺。

近日，复旦大学附属眼耳鼻喉科医院与上海交通大学医学院附属另辟蹊径，让细菌化身 生物3D打印机 ，成功打造出可定制的全结构人工耳廓支架！这一突破，或将改写临床耳廓再造的未来。

该研究以：Guiding Microbial Distribution by Regulating Oxygen Supply for the Fabrication of Integrated Artificial Auricles为题，发表于Advanced Functional Materials期刊，复旦大学附属眼耳鼻喉科医院马竞、张天宇为论文共同通讯作者。

耳再造的世纪难题：自体移植 VS 人工材料

小耳畸形，是仅次于唇腭裂的第二常见儿童颅面部畸形，在我国，每 1 万名新生儿中，就有 5 人患有小耳畸形，其主要特征为耳廓在形态、大小或结构上存在缺陷，这不仅影响外观，还会导致，进而影响患者的日常生活和社会交流。传统的修复手术需取患者肋软骨雕刻成耳形，但其面临三大痛点：

1、儿童肋骨量不足，需多次手术；

2、雕刻拼接难度大，效果依赖医生经验；

3、术后可能发生感染、支架外露等并发症。

此外，目前已有人工材料用于替代软骨，但需要手工塑形拼接，且存在排异风险。如何制造出既还原耳廓复杂结构，又安全稳定的一体化支架？

研究团队将目光投向了一种 会织布的细菌 Komagataeibacter xylinus，它们能够合成细菌纤维素，这种纤维素具有高纯度、纳米尺度网络结构、优异的生物相容性与可功能化特性。

细菌工厂的魔法：氧气导航的纳米级编织术

研究团队发现，Komagataeibacter xylinus具有 氧气导航 特性 它们像精准的 3D 打印机，会在富氧区域聚集并分泌纳米纤维素。通过创新设计高透氧硅胶模具，研究团队实现了三大关键控制：

1、精密模具：3D 打印真实耳廓模型 翻模制作超薄（ 2mm）透氧硅胶培养舱，每个孔隙都是细菌的 氧气导航 ；

2、动态供氧：对模具透氧度进行梯度设计，引导细菌在三维空间中均匀分布，像编织毛衣般从内到外构建耳廓结构；

3、纳米级精度：细菌分泌的纤维素纤维直径仅 20-100 纳米，交织形成类软骨的网状结构，其力学强度媲美真实耳软骨（弹性模量为 3.89-9.56 MPa）。

利用高透氧硅胶培养模具，引导Komagataeibacter xylinus生成完整的细菌纤维素耳廓支架，以替代传统耳廓支架

黑科技支架的强大性能

经过 21 天的细菌 生物制造 和特殊纯化处理，这些人工耳廓支架展现了惊人特性：

精准复刻：可制备不同尺寸耳廓，完美复现对耳轮、耳甲腔等复杂结构；

超强承托：拉伸强度接近真实软骨，50 天浸泡实验零变形，无需担心术后变形；

永久存留：人体缺乏纤维素酶，支架可在移植后长期稳定存在，避免二次手术；

极致安全：内毒素含量仅 0.06 EU/mL（国际Ⅲ类医疗器械标准 0.25 EU/mL）；

细胞友好：软骨细胞/皮肤细胞存活率 ＞95%，不改变细胞正常功能；

快速融合：大鼠植入 4 周后，新生和胶原纤维完美包绕支架。

此外，该人工耳廓支架临床应用前景巨大，能够个性化定制，通过患者的 CT 数据来 3D 打印模具，实现量耳定制；避免了肋软骨取材，对儿童更友好；压缩后经小切口植入后自动恢复立体形态，实现植入。

从新石器时代中国古人利用酵母菌酿酒，到古埃及人利用霉菌发酵处理伤口，到现代利用基因工程益生菌治疗疾病，人类与微生物的协作不断升级。这项新研究首次将微生物制造技术引入器官再造领域，不仅为众多小耳畸形患者带来曙光，更为复杂组织工程开辟了新思路，或许未来，心脏瓣膜、血管网络都能利用 微生物工厂 进行精准编织。

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