组织扩张器广泛应用于器官和组织重建手术。在生物体液中膨胀的水凝胶组织扩张器对于微创手术具有应用前景。然而，现有水凝胶组织扩张器的临床应用表现出几何结构简单、膨胀迅速和力学性能不足等问题。
2026年6月1日，美国哈佛大学Yu Shrike Zhang、中国医学科学院整形外科医院蒋海越共同通讯在Nature Biomedical Engineering（IF=26.7）在线发表题为4D-printed adaptive hydrogel tissue expanders for ear and breast reconstruction的研究论文。该研究开发了一种4D打印的自适应水凝胶组织扩张器（AEH-TE）。
该材料基于聚电解质水凝胶，通过光固化3D打印成型，可在体液中持续、缓慢、大幅度膨胀（体积膨胀10-30倍），同时保持优异的力学性能。在兔模型中，耳廓形状和乳房形状的AEH-TE成功实现了人体尺寸耳廓和乳房的重建，相较于临床现有方法表现出多方面的显著优势。
先天性和获得性体表器官畸形（包括外耳、鼻子和眼睑缺失，以及疤痕和瘢痕疙瘩、巨大痣和肿瘤切除后产生的大面积皮肤缺损）的重建是整形外科的主要职责。组织扩张作为一种新兴策略开启了器官和组织重建手术的新纪元。
植入和扩张组织扩张器（通常在皮下）允许延迟预制覆盖组织以增加其面积或数量，并改善局部皮瓣的血管化和血液供应，从而帮助外科医生在同一个患者身上获得更大的皮瓣用于其他部位的重建。利用扩张的局部皮瓣有助于收集与受区组织颜色、质地和感觉相似的组织，在功能重建的同时实现更好的美学效果，减少供区并发症的可能性，并改善手术结果。
多年来随着技术的发展，组织扩张器经历了多次迭代，从最初的可充气橡胶装置到最近展示的任意形状的自膨胀水凝胶。然而，所有临床使用的内埋橡胶组织扩张器都需要通过注射端口从体外注射生理盐水，并在扩张过程中反复穿刺皮肤。这些程序具有挑战性，因为许多患者（尤其是12岁以下儿童）缺乏依从性和合作性，害怕反复穿刺引起的疼痛。此外，反复穿刺也显著增加了破裂和漏气的风险。
AEHs的设计与机理（图源自Nature Biomedical Engineering）
该研究开发了一种用于光基打印的带负电聚电解质水凝胶墨水，以及用于体表器官和组织重建的持久且大体积膨胀轮廓。这种4D打印的水凝胶组织扩张器可以成型为适应环境的复杂结构，并在无需外部触发膨胀的情况下显示出良好的力学性能。
聚电解质水凝胶的电离度可通过周围介质的pH值进行调节，并实现体积平衡——膨胀10至30倍。在兔模型中，使用该组织扩张器进行人大小耳朵和乳房的重建，突显了其相对于现有临床采用方法的多种优势，因此具有未来的转化潜力。
参考消息：https://www.nature.com/articles/s41551-026-01681-z#Sec1