概述

當前，自體軟骨提供了耳廓重建的黃金標準。但是，合成生物材料為耳朵重建提供了許多優勢，包括減少了供體部位的發病率和較早的手術。植入物成功的關鍵是材料的機械性能，因為這會影響生物相容性和擠出。這項研究的目的是確定人類耳軟骨的生物力學特性。將15個尸體的耳軟骨壓入，位移為1 mm / s，載荷為300 g，以獲得壓縮時的楊氏模量。根據糖蛋白，膠原蛋白和彈性蛋白含量對耳廓進行組織學分析。計算耳廓各部分的壓縮模量，其中耳屏為1.67±0.61 MPa，耳屏為1.79±0.56 MPa，外耳為2.08±0.70 MPa，抗螺旋線1.71±0.63 MPa，螺旋線1.41±0.67 MPa。耳蝸顯示出比壓縮螺旋長得多的楊氏彈性模量（p<0.05）。組織學分析表明，耳廓在軟骨細胞形態，細胞外基質和彈性蛋白含量方面具有均一的結構。這項研究提供了有關人耳軟骨的壓縮力學特性和組織學分析的新信息，使外科醫生可以更好地了解合適的替代物。這項研究提供了參考，應據此開發軟骨替代物以進行耳廓重建。組織學分析表明，耳廓在軟骨細胞形態，細胞外基質和彈性蛋白含量方面具有均一的結構。這項研究提供了有關人耳軟骨的壓縮力學特性和組織學分析的新信息，使外科醫生可以更好地了解合適的替代物。這項研究提供了參考，應據此開發軟骨替代物以進行耳廓重建。組織學分析表明，耳廓在軟骨細胞形態，細胞外基質和彈性蛋白含量方面具有均一的結構。這項研究提供了有關人耳軟骨的壓縮力學特性和組織學分析的新信息，使外科醫生可以更好地了解合適的替代物。這項研究提供了參考，應據此開發軟骨替代物以進行耳廓重建。

1，介紹

Microtia，源自希臘語，意思是“小耳朵”，是用來描述新生兒的小耳朵或沒有耳朵的醫學詞。每6000例活產中，小畸形可單獨出現，或作為其他綜合征的特征，如半面部小兒或柯林斯綜合征。目前，耳部重建的標準手術技術是使用自體肋骨軟骨。階段包括雕刻和將肋骨軟骨連接在一起，以創建一個框架來復制一個新的耳朵。這種重建技術有許多并發癥，11包括手術必須推遲到孩子6-10歲，相關的軟骨供體部位風險包括氣胸和胸壁畸形，肋骨軟骨會隨著時間的推移而扭曲.

為了避免提取肋軟骨和提供早期的手術干預，同種異體材料目前正被用于重建耳朵。合成生物材料提供了許多優勢，包括大量生產各種預定形狀和大小的植入物，使“現成的”產品和降低供體部位的發病率。

在設計臨床應用的耳廓植入物時，該材料的幾個關鍵特征需要考慮。合成材料的表面和體積特性需要適合于良好的組織整合和血管生成。當考慮到材料的本體性能時，一個重要的特性是材料的力學性能。為了防止機械錯配，合成材料應該具有與其代替組織相似的彈性模量。

迄今為止，人類耳軟骨軟骨的力學性質尚未得到充分的研究，這使得很難生產出具有與其所需替代的天然組織相似的性質的耳軟骨結構。我們已經表征了人類鼻軟骨的力學特性，開發了一種可靠的方法來表征人類面部軟骨的力學特性。5本研究的目的是創建一個人類耳廓軟骨力學特性的(a)圖，并使用細胞外基質成分的(b)生物力學和組織學圖來支持這些發現。

材料和方法

從15例男性尸體標本的耳部結構（平均59±10年）中采集新鮮冷凍的人耳廓軟骨。收獲后，將耳廓結構置于37.5度的無菌生理鹽水中，以解凍耳廓軟骨以進行進一步解剖。先，從軟骨框架中剝離皮膚和筋膜。在此過程中，軟骨標本被解剖成14個區域，如下所述，以進行機械測試。

機械試驗

在切除皮膚和筋膜后，檢測耳廓軟骨，如圖1所示。一旦耳朵*脫落，則參照圖1使用以下指南將耳朵切成14個預定區域。初選擇這14個點是為了提供詳細的耳廓力學和組織學圖，涵蓋了耳的所有解剖結構，包括螺旋、反螺旋、反耳屏、反耳屏和耳屏。在觀察到耳廓軟骨的力學性能無差異后，對數據進行重新分析，并進一步使用螺旋、反螺旋、圓錐、耳屏和反耳屏等部位的五點圖來反映耳廓的解剖結構（圖1）。使用數字游標卡尺測量耳廓軟骨的厚度。所有切片的方向都相似，以便前表面將沿同一方向軸進行壓縮測試。軟骨樣本使用Mach-1材料測試機（生物網，加拿大）進行壓痕壓縮進行測試。每個樣品通過1kg負載單元在1mm/s下加載至300g。半球形壓頭的直徑為0.2mm。在達到300g后，讓組織放松15min（一個足以控制應力平衡的時間點）

所有樣本都選擇壓頭作為軟骨樣本直徑約為8倍的軟骨樣本，它會像它是不確定樣本的一部分一樣反應，并創造適當的邊界條件。使用一個比軟骨樣本直徑半徑小得多的壓頭可以消除任何邊緣效應。計算得到的楊氏彈性模量和應力松弛特性的計算如前所述19，并在補充圖1中簡要顯示。除了楊氏彈性模量外，應力-時間斜率還被用來測量解剖超微結構的加載率（即去除使厚度與位移正常化的應變）。

該研究主要使用MACH-1多功能3D壓痕測試系統完成，該系統*的自動3D壓痕測試使不規則表面大面積測量硬度，厚度和彈性模量變得簡單輕松，一次性完成并不需要破壞樣品或者切片。

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