微型猪耳蜗基底膜力学特性研究及其对人工耳蜗电极设计的优化意义

本研究针对人工耳蜗植入(CI)中基底膜(BM)机械损伤难题，通过纳米压痕和破裂测试系统评估微型猪BM的破裂力与杨氏模量(Young’s modulus)，发现耳蜗远端区域(270°)机械强度显著降低(破裂力中位数20 mN)，为优化电极设计和机器人辅助手术提供关键生物力学参数，对保留残余听力具有重要意义。

　　

听觉是人类感知世界的重要途径，但全球约4.3亿人受感音神经性耳聋困扰。人工耳蜗植入(CI)虽能有效治疗重度耳聋，但手术中电极插入导致的耳蜗基底膜(BM)损伤仍是临床难题——据统计，约30%-50%患者术后残余听力会受损。问题的核心在于，医生们至今缺乏精确的BM生物力学数据，就像在没有地图的情况下穿越雷区。

中国医学科学院北京协和医院的研究团队选择了一个独特突破口：微型猪。这种动物的耳蜗结构与人类高度相似，其BM的力学特性或能为CI手术提供"安全导航图"。研究人员在《Journal of Biomechanics》发表的研究中，首次系统测量了微型猪BM从基底部(90°)到顶端(360°)的破裂力和杨氏模量梯度变化。

关键技术包括：对16只3月龄微型猪(32个耳蜗样本)进行听觉脑干反应(ABR)筛选；采用0.1 mm/s低速推进的90 μm探针进行破裂测试；在四个关键角度(90°/180°/270°/360°)进行纳米压痕弹性测量。所有实验均遵循动物伦理规范(XHDW-2019-042)。

结果部分揭示三大发现：

1. 破裂力的空间异质性：90°区域可承受56 mN的中位破裂力，但到270°骤降至20 mN，极端值差异达13倍(120 mN vs 9 mN)，证实耳蜗远端存在"力学脆弱区"。
2. 弹性模量梯度变化：杨氏模量从1.53 MPa(90°)递减至1.30 MPa(360°)，与人类BM刚度变化规律一致，验证模型可靠性。
3. 临床转化启示：数据表明现有电极设计在通过270°区域时，其施力可能超过BM承受极限的5-6倍。

讨论与结论指出，这项研究首次建立微型猪BM生物力学数据库，为三大领域带来革新：

1. 电极设计：建议开发"变刚度电极"，在远端采用更柔韧材料；
2. 手术导航：为机器人辅助系统提供实时力学阈值预警(如270°区域需控制插入力<9 mN)；
3. 计算模型：填补了现有耳蜗有限元分析缺乏真实生物力学参数的空白。

研究同时指出局限：样本量仍需扩大以覆盖个体差异；长期力学疲劳效应未评估。这些发现为2022YFC2402701国家重点研发计划支持的"内耳给药路径规划"研究奠定基础，标志着耳科手术从经验驱动迈向数据驱动的新阶段。