华南理工大学：阴茎增大贴片！有效增大，长期稳定！

学术 2024-11-08 12:05 河南

研究背景

纵观历史，阴茎大小一直是男性关注的问题。过度担忧阴茎外观的人可能患有一种阴茎畸形障碍，根据DSM-5，这被视为一种身体畸形障碍。最近，由于心理原因，如更衣室综合征、先天性小阴茎综合征、以及后天性创伤或肿瘤治疗导致的阴茎问题，对阴茎增大的需求有所上升。然而，临床上缺乏既安全又有效的阴茎增大方法。保守治疗如填充剂注射或负压装置，虽能短暂增加阴茎尺寸，但其长期有效性有限。手术植入阴茎增大贴片是一种永久性增大的选择，但手术存在风险和可能导致许多并发症。为了实现阴茎的长期稳定增大并减少副作用，阴茎增大贴片需要专门针对阴茎的独特微环境进行设计。

阴茎具有高度动态的微环境，勃起时的变形在多个方向上同时膨胀或收缩，表现为典型的负泊松比（NPR）应变。传统阴茎贴片在勃起时可能导致应力集中，引发贴片移位、疼痛和阴茎弯曲。采用NPR结构设计的阴茎贴片可以有效避免这些问题。尽管NPR材料的设计具有挑战性，但已有研究设计了具有NPR特性的结构。然而，由于原料和制备方法的限制，NPR结构支架尚未在阴茎增大领域得到应用。

随着生物材料领域的发展，多种植入材料如硅胶（如Penuma®）、透明质酸和聚乳酸，已被FDA批准，被尝试用于阴茎增大。然而，这些材料各有缺点。例如，硅胶植入物硬度较高，可能引起血肿和增生性瘢痕等并发症；透明质酸机械性能差，易降解，难以长期维持阴茎形状；聚乳酸的降解产物会引起炎症和副作用。其他潜在的阴茎增大植入物包括自体脂肪和同种异体真皮基质，虽然在某些患者中效果良好，但也可能导致严重不良反应。重要的是，如果植入物不能完全取出，可能会引起长期副作用。因此，阴茎增大植入物材料需要具备稳定的机械性能并能够完全取出。

研究成果

鉴于此，华南理工大学施雪涛教授&南方医科大学柴牧原，通过冻融循环和碱性处理，制备了一种聚乙烯醇（PVA）贴片，用于阴茎增大。经过5M NaOH处理的PVA水凝胶展现出了最佳的力学性能和稳定性。在贴片设计中融入了负泊松比结构，使其能够很好地适应阴茎的变形。在兔模型的实验中，贴片能够有效地增大阴茎，而不会退化或纤维化，同时保持了体内的长期稳定性。这项创新不仅为需要阴茎增大手术的患者提供了一种安全的选择，而且有望为动态组织修复领域做出更广泛的贡献。相关研究成果以“Dynamic compliance penis enlargement patch”为题发表在期刊《Bioactive Materials》（IF=18.0）上。

研究内容

研究者长期聚焦于生物材料在生殖医学领域的应用，尤其专注于阴茎损伤的修复。先前研究报道了3D打印水凝胶支架来重建受损的海绵体、结构仿生的人工白膜以替代白膜功能、导电水凝胶修复海绵体神经损伤（CNI），以及抗炎抗氧化水凝胶用于尿道的快速再上皮化。

本研究中，研究者设计并构建了一种具有良好顺应性和长期体内稳定性的阴茎增大贴片。通过将PVA溶液注入3D打印模具中，并进行多次冻融循环，制备出具有预定结构的阴茎增大贴片。初步成型后，通过碱性浸泡过程强化水凝胶贴片，确保其机械性能与皮下筋膜组织精确匹配。为了使阴茎增大贴片在勃起过程中能够动态适应，研究者选择了四种典型的NPR结构进行优化。根据结构实用性和实用参数，确定了手性构架结构为最优配置，并命名为NPR贴片；同时将阳性泊松比（PPR）贴片和无细胞真皮基质（ADM）贴片用作对照组（图1）。通过一系列体内和体外实验表明，NPR贴片具有与组织相容的机械性能、优异的生物相容性和抗粘附性能，能够持久维持阴茎增大效果，同时最小化副作用。这种PVA水凝胶贴片不仅适用于阴茎增大手术，而且有望用于医学美学和其他组织的术后重建，特别是那些需要动态微环境或长期疗效的组织修复。

图1. 不同材料和结构的阴茎增大贴片实现的阴茎增大效果的示意图。ADM与阴茎的机械性能不兼容，可能导致异常勃起，且长期植入后易退化，难以维持阴茎的增大周长。PPR贴片的结构变形与阴茎的自然变形不同步，可能会引起不适。相反，NPR贴片的变形与阴茎勃起相容，不会退化，从而确保了持续的增大效果。此外，NPR贴片具有抵抗细胞粘附的能力，便于移除。通过碱处理，材料的结晶度得到提升，增强了其强度和韧性。NPR贴片采用冻融循环模板方法制备，可以根据个人需求进行定制。

图2. 贴片的力学性质和作用机理。(a) NaOH增强PVA的机理示意图。(b) 5PVA-PBS、15PVA-4M、15PVA-5M和15PVA-6M的单轴拉伸曲线以及巴克筋膜的拉伸力学性能。(c) 15PVA-PBS、15PVA-4M、15PVA-5M和15PVA-6M水凝胶的机械性能。(d) 15PVA-5M水凝胶的循环拉伸曲线。(e) 15PVA-5M水凝胶可以扭曲、折叠、卷曲、打结和拉伸，且能够承受高达其自重500倍的重量而不受损（比例尺：1cm）。(f) PVA颗粒和15PVA-5M水凝胶的H¹-NMR光谱。15PVA-PBS、15PVA-4M、15PVA-5M和15PVA-6M的(g) ATR-FTIR、(h) DSC和(i) TG。

图3. 贴片设计和计算模拟。(a) 每个贴片的结构特征和参数化设计。(b) 具有不同重复单元数量的结构的机械性能。(c) 各种结构的von Mises应力。通过计算模拟(d) 杨氏模量和(e) 60%拉伸下的泊松比，对每个结构的不同结构贴片进行定量评估。(f) 不同结构设计的孔隙率。(g) 实用性参数P的定义。当P≤0.05时，确定该结构适合阴茎增厚。

图4. 阴茎增大贴片的制备和体外模型验证。(a) 阴茎增大贴片的结构示意图，及模具和水凝胶贴片的照片。(b) 杨氏模量和(c) 拉伸曲线的模拟和实际测试结果的比较。(d) 不同结构的NPR贴片的整体压缩模量。(e) 拉伸试验照片（比例尺：1cm）和不同贴片的机械性能。(f) 模拟阴茎变形的气球模型的物理和模型图像（完整贴片、R结构和CT结构贴片）。（n≥3，NS=不显著）。

图5. 生物相容性测试。(a) 15PVA-5M水凝胶对细胞粘附和蛋白质粘附影响的示意图。(b) 15PVA-5M、15PVA-PBS和GelMA的细胞粘附荧光图像（比例尺：100μm）。(c) 蛋白质粘附荧光图像（比例尺：100μm）。(d) 定量蛋白质粘附含量测试。(e) 动物实验过程示意图。15PVA-5M水凝胶浸泡6个月后破裂的(f) 杨氏模量和(g) 断裂伸长率。(h)兔子阴茎的照片（术前、术后和术后三个月）（比例尺：1cm）。(i) 术前和术后三个月家兔阴茎周长的比较。(j) 兔子阴茎周长随时间的变化。(k) 用Masson三色和H&E染色的阴茎横截面的代表性显微镜图像（比例尺：2mm）（n≥3，*p<0.05，**p<0.01，***p<0.001。NS=不显著）。

结论与展望

这项研究采用模板法设计并开发了一种新型的阴茎增大贴片，命名为15PVA-5M，具有可调节NPRs的结构。通过NaOH处理，使贴片具有优异的机械强度。利用有限元分析，对贴片设计进行了优化，以更好地模拟阴茎的自然变形行为。将NPR整合到贴片结构中，有效地降低了其刚度，最大限度地减少了植入后变形过程中施加在阴茎上的应力。体外实验初步证实了15PVA-5M的生物相容性。随后，使用兔阴茎植入模型进行的体内研究表明，该贴片具有良好的抗降解和纤维化的能力，能够保持其结构完整性，并持续提供阴茎增大效果。考虑到兔子和人类在解剖学上的差异，对该装置的深入研究对于更全面地评估其临床可行性至关重要。在制造过程中，使用了可定制的模具，使得该贴片不仅可用于阴茎增大，还可用于多种医疗和美容目的。此外，还适用于手术切除肿瘤或损伤后各种组织和器官的重建。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2024.08.039

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