廣州醫生利用干細胞+3D打印技術修復受損“丁丁”
時間：2021-09-13 11:29 來源：廣醫三院提供 作者：admin 閱讀：次
“丁丁”受損了居然可以再生修復？近日，廣州醫科大學附屬第三醫院一項科學研究證實了這一可能性和未來臨床應用的前景，該研究來自該院生殖醫學中心安庚教授團隊。據介紹，這是全球首次利用干細胞+3D打印技術，并在雄兔身上作實驗，將“生物工程血管化陰莖海綿體”植入海綿體缺損的雄兔身上，4個月內，連續分娩了小兔子，進一步證實了其生理功能和生殖能力的恢復，完成了子代生育。
該研究成果于6月1日發表于國際期刊《Nature Communications》上。
陰莖海綿體損傷的修復是臨床醫學與科學研究難題
“男性生殖器先天性發育異常占男性孕人群的5%，而中國40歲以上男性勃起功能障礙的患病率高達40%”安庚說，作為廣醫三院生殖醫學中心男科的負責人，他在臨床上看到很多男性因為海綿體損傷而失去性生活和生殖能力。
陰莖是男性生殖系統的重要組成部分，而陰莖中的“陰莖海綿體”是維持陰莖正常勃起和泌尿功能的先決條件。然而，多種先天性發育異常，腫瘤或外傷等會導致陰莖畸形或陰莖海綿體缺損，嚴重影響性功能和生殖功能，需要進行各種陰莖重建手術。但即便是手術，患者的勃起功能和生殖功能也很難恢復。由于各種解剖學、美學和功能上的挑戰，海綿體損傷的修復一直是臨床醫學與科學研究的難題。
全球首次！干細胞+3D打印讓受損海綿體再生修復
隨著3D打印技術的興起，研究人員想到，可否借助3D打印技術重建海綿體，“打印”出一模一樣的海綿體？“要重建骨頭、牙齒這類‘硬組織’不難，但要重建海綿體這類軟組織卻不容易”安庚解釋：“尤其是陰莖海綿體這類能夠收縮、回彈，有特殊力學性能的組織。”
為此，廣州醫科大學附屬第三醫院生殖醫學中心主任安庚聯合華南理工大學施雪濤教授、美國俄克拉荷馬大學毛傳斌教授等人，共同研究構建了具有多尺度多孔結構的仿生3D打印水凝膠支架，制備了在結構和力學上與天然海綿體匹配的生物材料。
研究人員還對該水凝膠支架進行了壓縮測試和循環壓縮測試，在20次循環壓縮測試后，仍保持其原始機械性能，沒有出現任何損壞。“通過壓縮測試，我們驗證了這個水凝膠支架材料與天然海綿體組織具有良好的力學匹配性，能夠像海綿體一樣收縮、回彈”研究人員解釋。
由于陰莖海綿體里面密布大量微血管，微血管系統的重建對海綿體功能（勃起和射精）的恢復起著至關重要的作用。“如果海綿體修復是‘蓋房子’，3D打印的水凝膠支架是房子的‘框架’，微血管系統重建就是房子的‘磚瓦’”安庚介紹。為此，研究人員利用干細胞技術，向其中植入了高表達缺氧誘導因子（HIF-1α）的肌源性干細胞（MDSCs），還通過肝素與聚L-賴氨酸（PLL）的逐層組裝，將肝素沉積到3D打印的水凝膠支架上，刺激植入部位血管形成，制備生物工程血管化陰莖海綿體。
實驗兔4個月恢復生殖功能，還生育了后代
隨后，研究人員將這個“生物工程血管化陰莖海綿體”植入海綿體缺損的雄兔身上。3D打印海綿體生物支架顯示出良好的組織相容性，沒有免疫排斥反應。由水凝膠生物支架中的誘導的新生血管有效修復海綿體的損傷部位，并促進新血管的形成，最終修復了缺損海綿體組織。經過形態學評估和海綿體內壓測試，修復后的海綿體具有非常好的組織彈性和收縮能力，這意味著雄兔陰莖的“勃起和射精功能”得到了恢復。
研究人員將經歷了海綿體損傷修復的雄兔和雌兔混合，在4個月內，連續分娩了小兔子，進一步證實了其生理功能和生殖能力的恢復，完成了子代生育。該研究是全球首次利用干細胞及3D打印技術成功修復陰莖海綿體缺損，使兔子恢復勃起和射精功能，并恢復生殖能力、生育子代。
未來十年內，有望應用于臨床，造福男性“性福”
“陰莖海綿體修復對于恢復男性生殖能力具有重要意義，”安庚表示，干細胞+3D打印技術的修復策略對陰莖海綿體重建、恢復男性生殖能力具有非常重要的臨床應用價值。“目前仍在動物實驗階段，我們希望未來十年內，能夠應用于臨床，真正幫到那些陰莖畸形、發育異常和陰莖海綿體損傷的男性。”
此外，該研究邁出了開發血管化生物工程支架庫的重要一步。除了修復陰莖海綿體組織缺損外，這類3D打印生物支架還具有修復其他富含血管組織的潛力（如皮膚、心肌組織等），有廣闊的應用前景。
該研究成果于6月1日發表于國際期刊《Nature Communications》上。
陰莖海綿體損傷的修復是臨床醫學與科學研究難題
“男性生殖器先天性發育異常占男性孕人群的5%，而中國40歲以上男性勃起功能障礙的患病率高達40%”安庚說，作為廣醫三院生殖醫學中心男科的負責人，他在臨床上看到很多男性因為海綿體損傷而失去性生活和生殖能力。
陰莖是男性生殖系統的重要組成部分，而陰莖中的“陰莖海綿體”是維持陰莖正常勃起和泌尿功能的先決條件。然而，多種先天性發育異常，腫瘤或外傷等會導致陰莖畸形或陰莖海綿體缺損，嚴重影響性功能和生殖功能，需要進行各種陰莖重建手術。但即便是手術，患者的勃起功能和生殖功能也很難恢復。由于各種解剖學、美學和功能上的挑戰，海綿體損傷的修復一直是臨床醫學與科學研究的難題。
陰莖海綿體呈“多孔”結構，損傷后很難修復。
全球首次！干細胞+3D打印讓受損海綿體再生修復
隨著3D打印技術的興起，研究人員想到，可否借助3D打印技術重建海綿體，“打印”出一模一樣的海綿體？“要重建骨頭、牙齒這類‘硬組織’不難，但要重建海綿體這類軟組織卻不容易”安庚解釋：“尤其是陰莖海綿體這類能夠收縮、回彈，有特殊力學性能的組織。”
為此，廣州醫科大學附屬第三醫院生殖醫學中心主任安庚聯合華南理工大學施雪濤教授、美國俄克拉荷馬大學毛傳斌教授等人，共同研究構建了具有多尺度多孔結構的仿生3D打印水凝膠支架，制備了在結構和力學上與天然海綿體匹配的生物材料。
研究人員還對該水凝膠支架進行了壓縮測試和循環壓縮測試，在20次循環壓縮測試后，仍保持其原始機械性能，沒有出現任何損壞。“通過壓縮測試，我們驗證了這個水凝膠支架材料與天然海綿體組織具有良好的力學匹配性，能夠像海綿體一樣收縮、回彈”研究人員解釋。
由于陰莖海綿體里面密布大量微血管，微血管系統的重建對海綿體功能（勃起和射精）的恢復起著至關重要的作用。“如果海綿體修復是‘蓋房子’，3D打印的水凝膠支架是房子的‘框架’，微血管系統重建就是房子的‘磚瓦’”安庚介紹。為此，研究人員利用干細胞技術，向其中植入了高表達缺氧誘導因子（HIF-1α）的肌源性干細胞（MDSCs），還通過肝素與聚L-賴氨酸（PLL）的逐層組裝，將肝素沉積到3D打印的水凝膠支架上，刺激植入部位血管形成，制備生物工程血管化陰莖海綿體。
兔海綿體損傷修復示意圖。
實驗兔4個月恢復生殖功能，還生育了后代
隨后，研究人員將這個“生物工程血管化陰莖海綿體”植入海綿體缺損的雄兔身上。3D打印海綿體生物支架顯示出良好的組織相容性，沒有免疫排斥反應。由水凝膠生物支架中的誘導的新生血管有效修復海綿體的損傷部位，并促進新血管的形成，最終修復了缺損海綿體組織。經過形態學評估和海綿體內壓測試，修復后的海綿體具有非常好的組織彈性和收縮能力，這意味著雄兔陰莖的“勃起和射精功能”得到了恢復。
研究人員將經歷了海綿體損傷修復的雄兔和雌兔混合，在4個月內，連續分娩了小兔子，進一步證實了其生理功能和生殖能力的恢復，完成了子代生育。該研究是全球首次利用干細胞及3D打印技術成功修復陰莖海綿體缺損，使兔子恢復勃起和射精功能，并恢復生殖能力、生育子代。
雄兔陰莖海綿體損傷修復后，和雌兔生下小兔子。
未來十年內，有望應用于臨床，造福男性“性福”
“陰莖海綿體修復對于恢復男性生殖能力具有重要意義，”安庚表示，干細胞+3D打印技術的修復策略對陰莖海綿體重建、恢復男性生殖能力具有非常重要的臨床應用價值。“目前仍在動物實驗階段，我們希望未來十年內，能夠應用于臨床，真正幫到那些陰莖畸形、發育異常和陰莖海綿體損傷的男性。”
此外，該研究邁出了開發血管化生物工程支架庫的重要一步。除了修復陰莖海綿體組織缺損外，這類3D打印生物支架還具有修復其他富含血管組織的潛力（如皮膚、心肌組織等），有廣闊的應用前景。
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