耳廓缺损是一种非常普遍的疾病，对患者的身心健康有重大影响。然而，由于耳廓解剖结构复杂，实现个性化、精准化的耳廓再造是一项重大挑战。目前，基于刚性材料的组织工程耳廓支架是耳廓再造的有效治疗手段。但这些耳廓支架往往不能满足生物力学要求，缺乏生物活性，导致治疗效果欠佳。本研究以聚乙烯醇和明胶作为打印墨水
，以纳米级二氧化硅作为填料来优化油墨的可打印性。通过逐层
3D
打印技术，构建了接近人体耳廓生物力学性能、具有多尺度孔结构的耳廓支架。随后的体外实验证实了支架的生物相容性。建立兔耳软骨缺损模型，评估该多尺度孔结构仿生支架对兔耳软骨缺损的治疗效果。结果表明，所研制的耳廓支架不仅具有良好的生物力学强度和良好的生物相容性，而且其多尺度的孔隙结构为软骨细胞生长提供了有利的环境，从而显著促进软骨细胞增殖。综上所述，本研究开发的具有多尺度孔结构的
3D
打印组织工程仿生支架有望显著提高耳廓缺损的治疗效果，为耳廓缺损的治疗提供新的策略。
本研究成功制备
PVA
、
P/G
、
P/G/Si
三种打印墨水，通过化学表征，扫描电子显微镜、水接触角、溶胀降解、流变力学检测等表征实验筛选最适宜的打印墨水
P/G/Si
继续进行下一步的实验。首先，使用扫描电镜探究
P/G/Si
打印墨水的最佳打印参数，并成功制备多尺度多孔结构的仿生支架。通过拉伸力学实验证明该
3D-P/G/Si
支架更接近于人耳软骨的力学要求。除此之外，体内外生物相容性实验进一步证明了，
PVA
、
P/G
、
P/G/Si
三种打印墨水和
3D
打印支架均有良好的生物相容性。最后，建立兔耳软骨缺损模型，组织学染色结果显示
3D-P/G/Si
组软骨再生治疗效果明显优于其他各组，验证该多尺度多孔结构仿生支架治疗耳廓畸形的有效性。该模型使我们能够评估支架促进耳廓软骨修复的效果。结果证实了该仿生支架对耳廓软骨缺损的适应性、修复结构缺损的能力以及促进周围耳廓软骨细胞生长的潜力。
综上所述，课题成功制备了含成软骨活性墨水的多尺度多孔仿生支架，实现了支架与人耳软骨的精确贴合。该多尺度多孔支架具有增强的生物活性，符合人耳软骨的力学性能，适合促进软骨细胞生长。同时，仿生支架能够为耳廓软骨再生创造良好的环境，为耳廓畸形的个性化、精准化治疗提供了新的思路。
图
1. 3D-P/G/Si
支架制备及植入过程示意图。
图
2.
印刷油墨的制备和交联。
(A)
交联前
PVA
、
P/G
和
P/G/Si
印刷油墨流动性和透明度的比较。
(B) PVA
、
P/G
和
P/G/Si
印刷油墨的
FTIR
光谱。
(C)
交联后
PVA
、
P/G
和
P/G/Si
印刷油墨流动性的比较。
(D)
未交联和交联油墨的
1H-NMR
谱。
(E)
与
NaOH
交联机理示意图。（
PVA- h
：交联
PVA
水凝胶）
图
3
.
打印油墨和
3D-P/G/Si
的表征。
(A) PVA
、
P/G
、
P/G/Si
油墨的水接触角。
(B) PVA
、
P/G
、
P/G/Si
印刷油墨的
SEM
图像。
(C)
三种印刷油墨溶胀前后的比较。
(D) PVA
、
P/G
、
P/G/Si
印刷油墨的膨胀比（
n = 3
）。
(E) PVA
、
P/G
、
P/G/Si
油墨降解试验（
n = 3
）。（
F-I
）
PVA
、
P/G
、
P/G/Si
油墨的流变特性。
(J)
不同丝径
3D-P/G/Si
支架的制备示意图。
(K) 22 G
、
20 G
、
18 G
喷嘴下的
3D
打印。（
L-N
）
22 G
、
20 G
、
18 G
喷嘴的最佳打印参数（
n = 3
）。
(O) 3D-P/G/Si
支架的
SEM
图像。
相关研究成果以“
Enhancing auricular reconstruction: A biomimetic scaffold with 3D-printed multiscale porous structure utilizing chondrogenic activity ink
”为题发表在
Materials Today Bio(2023IF=8.7)
期刊上。南华大学
孔玥莹
硕士、南方医科大学南方医院
卢子敬
博士为共同第一作者，南方医科大学
黄文华
教授、中国医科大学
王艺霖
博士、南方医科大学南方医院
毛小炎
教授为共同通讯作者。此研究工作得到国家自然科学基金的资助支持。
论文信息：
Yueying Kong, Zijing Lu, Jianan Zhan, Xi Zhou, Shenghua Chen, Qiwei Chen, Haihuan Gong, Xianlin Zhang, Xiaoyan Mao*, Yilin Wang*, Wenhua Huang*, Enhancing auricular reconstruction: A biomimetic scaffold with 3D-printed multiscale porous structure utilizing chondrogenic activity ink, Materials Today Bio, Volume 31, 2025, 101516, ISSN 2590-0064,(2023IF=8.7)
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.mtbio.2025.101516
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