美國380萬女性乳腺癌幸存患者中，約有三分之一的人接受過乳房切除術(shù)，多達(dá)四分之三的乳腺癌患者受到性功能障礙的影響，而性功能障礙通常與乳房知覺喪失有關(guān)。

芝加哥大學(xué)（University of Chicago）組建了一個新的跨學(xué)科項目——仿生乳房項目，旨在通過使用仿生技術(shù)恢復(fù)乳房切除術(shù)后的乳房功能和知覺。該項目的研究人員來自芝加哥大學(xué)生物科學(xué)部（Biological Sciences Division, BSD），芝加哥大學(xué)醫(yī)學(xué)中心（University of Chicago Medical Center, UCMC）和普利茲克分子工程學(xué)院（Pritzker School of Molecular Engineering, PME）。

婦產(chǎn)科和老年醫(yī)學(xué)教授Stacy Lindau博士領(lǐng)導(dǎo)了這個項目，項目成員包括來自James and Karen Frank Family的生物學(xué)和解剖學(xué)教授Sliman Bensmaia，以及分子工程系助理教授Sihong Wang。

據(jù)Lindau稱，在過去十年內(nèi)，約有一半患有乳腺癌患者（約數(shù)百名女性）在治療期間和治療后均表現(xiàn)出新的性功能障礙。

Lindau解釋道，“女性抱怨的一個常見問題是乳房切除重建后乳房知覺喪失?！彼赋?，即使是接受了乳房腫瘤切除放療的女性也經(jīng)常會提及乳房的知覺變化，這影響了她們的性功能。

出于解決患者困擾的動機(jī)，Lindau開始著手尋找針對這些問題的循證解決方案，但卻一無所獲。她還了解到，除了乳房在母乳喂養(yǎng)的作用外，人們對它的功能幾乎沒有過多關(guān)注。

使用植入物重建乳房的仿生乳房概念示意圖

Lindau表示，“正是基于這些觀察結(jié)果和我的病人所承受的巨大痛苦，我才開始尋找解決方案，以解決乳腺癌女性患者知覺喪失以及更普遍的乳房功能喪失的問題?！彼彩侵С帧叭苏兆o(hù)”個性化社區(qū)轉(zhuǎn)診平臺NowPow的創(chuàng)始人和首席創(chuàng)新官。

在尋找答案的過程中，她偶然看到了有關(guān)陰莖移植成功的媒體報道。迄今為止，全球已有5例陰莖移植成功。讓她震驚的是，與恢復(fù)陰莖功能的重大投資相比，確保這種移植手術(shù)取得成功所需的條件非?？量?。此外，Lindau還指出了令她震驚并給她帶來希望的事實，這些手術(shù)的成功不僅取決于外觀，還取決于陰莖三個方面的功能：泌尿、性和生殖功能。

Lindau表示，“僅在美國，每年就有10萬名婦女的單邊或雙邊乳房被切除。許多女性會因此而失去一個重要的身體部位。我們應(yīng)該設(shè)身處地為婦女著想并找到解決方案，該方案不僅可以恢復(fù)失去的乳房的外觀，還可以恢復(fù)乳房的功能，以實現(xiàn)社會、性甚至生殖的目的。”

仿生學(xué)在知覺恢復(fù)方面展示出應(yīng)用前景

仿生學(xué)的進(jìn)步使其成為一個值得研究的領(lǐng)域，Lindau很快就與Bensmaia教授取得了聯(lián)系，他在該領(lǐng)域的工作曾受到前總統(tǒng)巴拉克·奧巴馬（Barack Obama）的重視。Bensmaia表示，該項目與他的研究非常吻合，但目標(biāo)人群要大得多。

利用為仿生手開發(fā)的一些概念，研究人員計劃在乳房切除患者的皮下植入柔性傳感器陣列。每當(dāng)觸及乳頭乳暈復(fù)合體時，傳感器陣列就會被激活，將信號發(fā)送到一系列電極，以刺激患者殘留的肋間神經(jīng)，這些神經(jīng)曾經(jīng)與乳房相連。

Bensmaia解釋道，“你可以通過電激活手部神經(jīng)來創(chuàng)造生動的觸覺，”他指出，仿生乳房將促進(jìn)患者的胸部再造，“感覺又像是她們身體的一部分?！?br data-reader-unique-id="39">
芝加哥大學(xué)已經(jīng)提交了與這項工作相關(guān)的專利申請，并得到了美國國家癌癥研究所（National Cancer Institute）R21基金的支持。該資助旨在鼓勵探索性研究，并給予研究人員兩年時間來建立工作關(guān)系，進(jìn)行必要的基礎(chǔ)和開發(fā)工作，以保證長期大規(guī)模投資。

作為這項工作的一部分，研究人員還整理了一系列主觀和客觀標(biāo)準(zhǔn)，來衡量乳房的功能。Lindau表示，“如果我們想研究乳腺癌治療和乳房功能之間的關(guān)系，我們需要能夠衡量乳房功能，這種衡量此前并不存在?！彼膶嶒炇艺诶没颊咦稍兾瘑T會的意見來指導(dǎo)這項工作，該咨詢委員會一直在幫助定義正確的問題和合適的合作對象。

Lindau的團(tuán)隊正在努力開發(fā)一種可以被其他人使用的乳房功能測量方法，Bensmaia也同時在進(jìn)行量化乳房知覺的物理測試。他的團(tuán)隊已經(jīng)開發(fā)出一種裝置，使研究人員能夠精確地量化乳房的知覺，Lindau親切地稱之為“乳房陷阱”。該裝置是Bensmaia團(tuán)隊在研究手感時使用的裝置的改良版。

開發(fā)類似組織的壓力傳感器

長時間皮下測試傳感器技術(shù)是最后一項待完成的技術(shù)開發(fā)工作。Wang教授是普利茲克分子工程學(xué)院的一員，正在開發(fā)一款類似組織的壓力傳感器，這款傳感器可以集成到仿生乳房的結(jié)構(gòu)和功能中。

Wang表示，“這款傳感器的工作原理與乳房中用于感知物理接觸/運動的感受體類似，會將其轉(zhuǎn)化為電信號。我們的主要步驟是使用與生物相容，類似組織的軟材料構(gòu)建此類傳感器以進(jìn)行植入，并使用電信號與Sliman將要構(gòu)建的人造神經(jīng)裝置進(jìn)行通信?！?br data-reader-unique-id="52">
乳房切除和乳房重建通常會在多個階段進(jìn)行，在此期間研究人員可以部署傳感器陣列，從而使他們有機(jī)會進(jìn)行原型制作，而無需對患者進(jìn)行額外的手術(shù)。Bensmaia指出，“與仿生手相比，它的侵入性要小得多，仿生手需要特殊的手術(shù)才能實現(xiàn)?！?br data-reader-unique-id="54">
研究人員還計劃申請額外的資助，這將有助于為動物模型和人類研究奠定基礎(chǔ)。一篇詳細(xì)介紹這項工作的同行評審文章也將在《Frontiers》雜志上發(fā)表。

Bensmaia表示，“在我做過的任何事情中，這個項目擁有最清晰的前進(jìn)道路，所有組件都已就位。我非常有信心取得這項項目的成功，為世界各地數(shù)百萬女性提供幫助?！?br data-reader-unique-id="59">
研究人員與波爾斯基創(chuàng)業(yè)與創(chuàng)新中心（Polsky Center for Entrepreneurship and Innovation）合作，為這項技術(shù)申請了專利，該技術(shù)在2020年5月8日發(fā)表于《Frontiers in Neurorobotics》的同行評審文章中進(jìn)行了討論。

論文鏈接：https://doi.org/10.3389/fnbot.2020.00024

來源：MEMS