近期，华南理工大学施雪涛教授在科爱创办的期刊Bioactive Materials上发表研究论文：动态顺应性阴茎增粗补片。研究通过冻融循环和碱处理制备了聚乙烯醇(PVA)阴茎增粗补片。将负泊松比结构引入到阴茎增粗补片的结构设计中，使得补片更符合阴茎的形变。在家兔模型中，阴茎增粗补片能实现阴茎的有效增粗，不易降解，同时在体内保持长期稳定增粗。
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纵观历史，阴茎的大小一直是男性关注的问题。近年来，由于更衣室综合征、先天性小阴茎综合征等心理原因和后天性阴茎缺损，对阴茎增粗的需求有所增加。然而，目前临床上缺乏安全有效的阴茎增粗方法来满足这种高需求。保守治疗如填充物注射或负压装置可以暂时增加阴茎尺寸，但其长期效果有限。随着生物材料的发展，越来越多的植入材料如硅胶、透明质酸、聚乳酸等已被政府批准用于人体美容填充，因此，许多医生尝试使用这些材料作为阴茎增粗的填充物。然而，所有这些材料都有明显的缺点。注射填充物力学性能差，易降解，难以实现长效稳定增粗；植入填充物与人类阴茎相比，强度高硬度大，容易导致血肿、增生性瘢痕等并发症。在本研究中，作者设计并制作了一种具有良好顺应性和长期体内稳定性的阴茎增粗贴片。为了获得具有预设计结构的阴茎增粗补片，将PVA溶液注入3D打印模具并进行多次冻融循环。形成凝胶后，通过NaOH浸泡增强水凝胶补片。为了进一步实现阴茎增粗补片在勃起过程中的动态适应性，选择了四种典型的负泊松比结构进行优化。一系列体内和体外实验表明，负泊松比补片具有组织相容的力学性能、良好的生物相容性和抗粘附性能，能够长期保持阴茎增粗效果，同时尽可能降低副作用。
一、水凝胶力学性能测试及机理探究
将冻融循环制备的PVA水凝胶浸泡到不同浓度的NaOH中24小时，使用去离子水充分浸泡洗去NaOH后得到的水凝胶进行力学性能测试。浸泡5M浓度NaOH的PVA水凝胶力学性能最强。并对NaOH增强PVA的机理进行探究，认为NaOH能促进PVA分子链规整排列，更容易形成结晶，进而实现增强，而高浓度的NaOH反而会降低分子链间相互作用，导致力学性能下降(图1)。
图1.力学性能测试及增强机理探究
二、负泊松比结构设计
共设计了四种负泊松比结构和两种常规结构，并进行力学性能模拟，模拟补片随着阴茎勃起过程变化的情况下，其杨氏模量、泊松比的变化，并计算了不同结构的孔隙率，定义实用性参数P为归一化模量和孔隙率的乘积，用于所设计的结构进行筛选，认为P≤0.05时适用于阴茎增粗补片。最后得到部分REH和SS结构以及绝大多数CT结构均符合使用要求，体现了负泊松比结构设计的优越性(图2)。
图2.贴片设计与模拟计算
使用3D打印技术制备模具，注入PVA溶液后，冻融循环三次得到形成水凝胶，充分浸泡NaOH增强，使用去离子水洗去NaOH后得到具有结构的阴茎增粗补片。将制备的完整补片、正泊松比结构补片和负泊松比结构补片进行体外测试，可以发现负泊松比补片在被拉伸的过程中呈现良好的负泊松比性质，模量更低，说明负泊松比结构易变形。将气球注水作为体外模拟阴茎，负泊松比结构的补片不会影响到“模拟阴茎”的形变，模拟计算表明负泊松比结构的补片不具有明显的应力集中。体现了负泊松比结构阴茎增粗补片的优势(图3)。
图3.负泊松比结构阴茎增粗补片的制备流程图及结构对比图
三、体外及体内生物学实验
进行了细胞及蛋白的抗粘附测试，将GelMA作为对照组，阴茎增粗补片具有良好的抗细胞和蛋白粘附能力，有利于术后切除，不易导致纤维化。使用新西兰兔进行了体内植入研究，以评估脱细胞真皮基质和15PVA‑5M水凝胶两种不同材料对阴茎增粗的适用性。可以发现15PVA‑5M水凝胶在三个月时间内不会发生失效降解，能实现长效增粗。且15PVA‑5M组植入物附近未见明显纤维化或炎症反应，纤维化程度与假手术组相当，说明其具有良好的生物相容性(图4)。
图4. 抗细胞/蛋白质粘附实验和植入实验
在这项研究中，作者开发了一种新型的阴茎增大贴片，命名为15PVA‑5M，通过基于模板的方法设计具有可调节负泊松比的结构，使用NaOH处理，产生了具有良好机械强度的补片。结合有限元分析，优化了设计的结构，以模仿阴茎的自然变形行为。将负泊松比设计纳入贴片结构有效地降低了其刚度，最大限度地减少了植入后阴茎变形时施加的压力。最初的体外评估证明了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，该补片随着时间的推移具有不易降解和抗纤维化的能力，保持其结构完整性，并稳定有效的实现阴茎增粗。
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第一作者
郑睿：华南理工大学国家人体组织功能重建工程技术研究中心、华南理工大学材料科学与工程学院2022级硕士研究生。从事高强度生物相容性水凝胶研发工作。
钟文文：中山大学附属第六医院外科学2021级博士研究生，主要从前泌尿外科、男科相关研究。
通讯作者
柴牧原：南方医科大学第十附属医院(东莞市人民医院)博士后，主要从事生物医用材料仿生化设计、生物3D打印及复杂组织器官修复相关研究。累计发表SCI论文10余篇，其中第一/通讯作者5篇；主持国家自然科学基金青年基金、中国博士后科学基金面上项目、广东省基础与应用基础研究基金粤莞联合基金(青年项目)，获得国家资助博士后研究人员计划(C档)资助。
施雪涛：华南理工大学材料科学与工程学院教授、博士生导师，主要研究方向为组织工程与再生医学、生物医用材料、细胞治疗、生物3D打印。
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该研究获国家重点研发计划项目(2021YFB3800800)、国家自然科学基金项目(U22A20157, 32401141)、广东省基础与应用基础研究基金项目(2022B1515130010, 2023A1515110794, 2024B1515040030)、中国社会科学基金博士后资助计划(资助号GZC20231080)、中国博士后科学基金项目(2024M751311)的资助。
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Rui Zheng1, Wenwen Zhong1, Muyuan Chai*, Xuetao Shi*, Dynamic compliance penis enlargement patch. Bioactive Materials 42 (2024) 194-206. DOI: 10.1016/j.bioactmat.2024.08.039
