研究人员开发出仿生乳房，帮助乳腺癌患者重拾自信
2020-06-28 21:15:52 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
利用为仿生手开发的一些概念，研究人员计划在乳房切除患者的皮下植入柔性传感器阵列。每当触及乳头乳晕复合体时，传感器阵列就会被激活，将信号发送到一系列电极，以刺激患者残留的肋间神经，这些神经曾经与乳房相连。
据麦姆斯咨询报道，美国380万女性乳腺癌幸存患者中，约有三分之一的人接受过乳房切除术，多达四分之三的乳腺癌患者受到性功能障碍的影响，而性功能障碍通常与乳房知觉丧失有关。
芝加哥大学（University of Chicago）组建了一个新的跨学科项目——仿生乳房项目，旨在通过使用仿生技术恢复乳房切除术后的乳房功能和知觉。该项目的研究人员来自芝加哥大学生物科学部（Biological Sciences Division, BSD），芝加哥大学医学中心（University of Chicago Medical Center, UCMC）和普利兹克分子工程学院（Pritzker School of Molecular Engineering, PME）。
妇产科和老年医学教授Stacy Lindau博士领导了这个项目，项目成员包括来自James and Karen Frank Family的生物学和解剖学教授Sliman Bensmaia，以及分子工程系助理教授Sihong Wang。
据Lindau称，在过去十年内，约有一半患有乳腺癌患者（约数百名女性）在治疗期间和治疗后均表现出新的性功能障碍。
Lindau解释道，“女性抱怨的一个常见问题是乳房切除重建后乳房知觉丧失。”她指出，即使是接受了乳房肿瘤切除放疗的女性也经常会提及乳房的知觉变化，这影响了她们的性功能。
出于解决患者困扰的动机，Lindau开始着手寻找针对这些问题的循证解决方案，但却一无所获。她还了解到，除了乳房在母乳喂养的作用外，人们对它的功能几乎没有过多关注。
使用植入物重建乳房的仿生乳房概念示意图
Lindau表示，“正是基于这些观察结果和我的病人所承受的巨大痛苦，我才开始寻找解决方案，以解决乳腺癌女性患者知觉丧失以及更普遍的乳房功能丧失的问题。”她也是支持“全人照护”个性化社区转诊平台NowPow的创始人和首席创新官。
在寻找答案的过程中，她偶然看到了有关阴茎移植成功的媒体报道。迄今为止，全球已有5例阴茎移植成功。让她震惊的是，与恢复阴茎功能的重大投资相比，确保这种移植手术取得成功所需的条件非常苛刻。此外，Lindau还指出了令她震惊并给她带来希望的事实，这些手术的成功不仅取决于外观，还取决于阴茎三个方面的功能：泌尿、性和生殖功能。
Lindau表示，“仅在美国，每年就有10万名妇女的单边或双边乳房被切除。许多女性会因此而失去一个重要的身体部位。我们应该设身处地为妇女着想并找到解决方案，该方案不仅可以恢复失去的乳房的外观，还可以恢复乳房的功能，以实现社会、性甚至生殖的目的。”
仿生学在知觉恢复方面展示出应用前景
仿生学的进步使其成为一个值得研究的领域，Lindau很快就与Bensmaia教授取得了联系，他在该领域的工作曾受到前总统巴拉克·奥巴马（Barack Obama）的重视。Bensmaia表示，该项目与他的研究非常吻合，但目标人群要大得多。
利用为仿生手开发的一些概念，研究人员计划在乳房切除患者的皮下植入柔性传感器阵列。每当触及乳头乳晕复合体时，传感器阵列就会被激活，将信号发送到一系列电极，以刺激患者残留的肋间神经，这些神经曾经与乳房相连。
Bensmaia解释道，“你可以通过电激活手部神经来创造生动的触觉，”他指出，仿生乳房将促进患者的胸部再造，“感觉又像是她们身体的一部分。”
芝加哥大学已经提交了与这项工作相关的专利申请，并得到了美国国家癌症研究所（National Cancer Institute）R21基金的支持。该资助旨在鼓励探索性研究，并给予研究人员两年时间来建立工作关系，进行必要的基础和开发工作，以保证长期大规模投资。
作为这项工作的一部分，研究人员还整理了一系列主观和客观标准，来衡量乳房的功能。Lindau表示，“如果我们想研究乳腺癌治疗和乳房功能之间的关系，我们需要能够衡量乳房功能，这种衡量此前并不存在。”她的实验室正在利用患者咨询委员会的意见来指导这项工作，该咨询委员会一直在帮助定义正确的问题和合适的合作对象。
Lindau的团队正在努力开发一种可以被其他人使用的乳房功能测量方法，Bensmaia也同时在进行量化乳房知觉的物理测试。他的团队已经开发出一种装置，使研究人员能够精确地量化乳房的知觉，Lindau亲切地称之为“乳房陷阱”。该装置是Bensmaia团队在研究手感时使用的装置的改良版。
开发类似组织的压力传感器
长时间皮下测试传感器技术是最后一项待完成的技术开发工作。Wang教授是普利兹克分子工程学院的一员，正在开发一款类似组织的压力传感器，这款传感器可以集成到仿生乳房的结构和功能中。
Wang表示，“这款传感器的工作原理与乳房中用于感知物理接触/运动的感受体类似，会将其转化为电信号。我们的主要步骤是使用与生物相容，类似组织的软材料构建此类传感器以进行植入，并使用电信号与Sliman将要构建的人造神经装置进行通信。”
乳房切除和乳房重建通常会在多个阶段进行，在此期间研究人员可以部署传感器阵列，从而使他们有机会进行原型制作，而无需对患者进行额外的手术。Bensmaia指出，“与仿生手相比，它的侵入性要小得多，仿生手需要特殊的手术才能实现。”
研究人员还计划申请额外的资助，这将有助于为动物模型和人类研究奠定基础。一篇详细介绍这项工作的同行评审文章也将在《Frontiers》杂志上发表。
Bensmaia表示，“在我做过的任何事情中，这个项目拥有最清晰的前进道路，所有组件都已就位。我非常有信心取得这项项目的成功，为世界各地数百万女性提供帮助。”
研究人员与波尔斯基创业与创新中心（Polsky Center for Entrepreneurship and Innovation）合作，为这项技术申请了专利，该技术在2020年5月8日发表于《Frontiers in Neurorobotics》的同行评审文章中进行了讨论。
论文链接：https://doi.org/10.3389/fnbot.2020.00024
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