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广医三院安庚教授团队利用干细胞+ 3D 打印技术修复受损「丁丁」

「丁丁」受损了居然可以再生修复?近日,广州医科大学附属第三医院生殖医学中心安庚教授团队的一项科学研究证实了这一可能性和未来临床应用的前景。

「丁丁」受损了居然可以再生修复?近日,广州医科大学附属第三医院生殖医学中心安庚教授团队的一项科学研究证实了这一可能性和未来临床应用的前景。

众所周知,阴茎是男性生殖系统的重要组成部分,而阴茎中的「阴茎海绵体」是维持阴茎正常勃起和泌尿功能的先决条件。然而,多种先天性发育异常,肿瘤或外伤等会导致阴茎畸形或阴茎海绵体缺损,严重影响性功能和生殖功能,需要进行各种阴茎重建手术。但即便是手术,患者的勃起功能和生殖功能也很难恢复。由于各种解剖学、美学和功能上的挑战,海绵体损伤的修复一直是临床医学与科学研究的难题。

近日,广州医科大学附属第三医院生殖医学中心安庚教授团队全球首次利用干细胞+3D 打印技术成功修复阴茎海绵体缺损,有效修复了缺损的兔阴茎海绵体,恢复其阴茎勃起和射精功能,并完成子代的生育。研究成果于 6 月 1 日发表于国际期刊《Nature Communications》上。

广医三院安庚教授团队利用干细胞+ 3D 打印技术修复受损「丁丁」

广医三院安庚教授是文章第一作者,广医三院是第一完成单位

能不能「硬起来」全靠它!阴茎海绵体修复之难

男性的阴茎主要由三个柱状的结构组成,两个阴茎海绵体和一个尿道海绵体,而勃起就是阴茎海绵体在起作用。阴茎海绵体就像「海绵」,当男性感受到性刺激时候,便会充血勃起,而在其他时候则是「缩」起来。阴茎海绵体起到让阴茎充血、疲软、维持硬度的作用。

但另一方面,海绵体的特殊性状和复杂结构让损伤修复变得异常困难。「海绵体是『多孔结构』,当它破了或断了时,手术缝补是无法实现的」广医三院生殖医学中心安庚教授说道:「临床上,阴茎海绵体损伤的患者,即便进行各种阴茎重建手术,其勃起功能和生殖功能也很难恢复。换言之,这类患者的阴茎修复后外观上无异,但硬度却不行了。」2014 年,非洲全球首例阴茎移植曾引发热议,然而,这类「异体」移植在伦理上充满争议,且存在来源有限、免疫排斥等风险。

广医三院安庚教授团队利用干细胞+ 3D 打印技术修复受损「丁丁」

阴茎海绵体呈「多孔」结构,损伤后很难修复

全球首次!干细胞+3D 打印让受损海绵体再生修复

随着 3D 打印技术的兴起,研究人员想到,可否借助 3D 打印技术重建海绵体,「打印」出一模一样的海绵体?「要重建骨头、牙齿这类『硬组织』不难,但要重建海绵体这类软组织却不容易」安庚解释:「尤其是阴茎海绵体这类能够收缩、回弹,有特殊力学性能的组织。」

为此,广州医科大学附属第三医院生殖医学中心安庚主任联合华南理工大学施雪涛教授、美国俄克拉荷马大学毛传斌教授等人,共同研究构建了具有多尺度多孔结构的仿生 3D 打印水凝胶支架,制备了在结构和力学上与天然海绵体匹配的生物材料。

研究人员还对该水凝胶支架进行了压缩测试和循环压缩测试,在 20 次循环压缩测试(实验应力 40 kPa,大于男性勃起期间白膜内压力升高范围)后,仍保持其原始机械性能,没有出现任何损坏。「通过压缩测试,我们验证了这个水凝胶支架材料与天然海绵体组织具有良好的力学匹配性,能够像海绵体一样收缩、回弹」研究人员解释。

由于阴茎海绵体里面密布大量微血管,微血管系统的重建对海绵体功能(勃起和射精)的恢复起着至关重要的作用。「如果海绵体修复是『盖房子』,3D 打印的水凝胶支架是房子的『框架』,微血管系统重建就是房子的『砖瓦』」安庚介绍。为此,研究人员利用干细胞技术,向其中植入了高表达缺氧诱导因子(HIF-1α)的肌源性干细胞(MDSCs),还通过肝素与聚 L-赖氨酸(PLL)的逐层组装,将肝素沉积到 3D 打印的水凝胶支架上,刺激植入部位血管形成,制备生物工程血管化阴茎海绵体。

广医三院安庚教授团队利用干细胞+ 3D 打印技术修复受损「丁丁」

兔海绵体损伤修复示意图

厉害了!实验兔 4 个月恢复勃起功能,还生育了后代

随后,研究人员将这个「生物工程血管化阴茎海绵体」植入海绵体缺损的雄兔身上。3D 打印海绵体生物支架显示出良好的组织相容性,没有免疫排斥反应。由水凝胶生物支架中的诱导的新生血管有效修复海绵体的损伤部位,并促进新血管的形成,最终修复了缺损海绵体组织。经过形态学评估和海绵体内压测试,修复后的海绵体具有非常好的组织弹性和收缩能力,这意味着雄兔阴茎的「勃起和射精功能」得到了恢复。

研究人员将经历了海绵体损伤修复的雄兔和雌兔混合,在 4 个月内,连续分娩了小兔子,进一步证实了其生理功能和生殖能力的恢复,完成了子代生育。该研究是全球首次利用干细胞及 3D 打印技术成功修复阴茎海绵体缺损,使兔子恢复勃起和射精功能,并恢复生殖能力、生育子代。

广医三院安庚教授团队利用干细胞+ 3D 打印技术修复受损「丁丁」

雄兔阴茎海绵体损伤修复后,还和雌兔生下小兔子

未来十年内,有望应用于临床,造福男性「性福」

「男性生殖器先天性发育异常占男性孕人群的 5%,而中国 40 岁以上男性勃起功能障碍的患病率高达 40%」安庚说道:「阴茎海绵体修复对于恢复男性生殖能力具有重要意义。」作为广医三院生殖医学中心男科的负责人,安庚在临床上看到很多男性因为海绵体损伤而失去性生活和生殖能力。

干细胞+3D 打印技术的修复策略对阴茎海绵体重建、恢复男性生殖能力具有非常重要的临床应用价值。「目前仍在动物实验阶段,我们希望未来十年内,能够应用于临床,真正帮到那些阴茎畸形、发育异常和阴茎海绵体损伤的男性。」安庚说道。

此外,该研究迈出了开发血管化生物工程支架库的重要一步。除了修复阴茎海绵体组织缺损外,这类 3D 打印生物支架还具有修复其他富含血管组织的潜力(如皮肤、心肌组织等),具有广阔的应用前景。

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