世界首例 | 男性的福音!3D打印水凝胶成功修复生殖器损伤,让试验兔成功交配并产子
iNature · 2020/09/12
3D打印技术有望在临床前和临床应用中实现有效的海绵体修复。

本文转载自”iNature”。原标题为“世界首例 | 男性的福音!施雪涛/毛传斌团队用水凝胶修复生殖器缺损,让试验兔成功交配并产子”


海绵组织是阴茎的重要组成部分。具有完整海绵窦结构的健康海绵组织是维持阴茎正常勃起功能和泌尿功能的先决条件。作为终末器官,海绵体不能通过再生来修复。由于各种解剖学,美学和功能方面的挑战,修复受伤的海绵体一直很困难。因此,迫切需要探索用于海绵体重建的有效再生疗法。

近期,华南理工大学施雪涛和美国俄克拉荷马大学毛传斌共同通讯在《Nature Communications》在线发表题为“Functional reconstruction of injured corpus cavernosa using 3D-printed hydrogel scaffolds seeded with HIF-1α-expressing stem cells”的研究论文,该研究开发出一种表面有肝素涂层的 3D 打印水凝胶支架,具备了与天然海绵体相当的力学性能,通过手术注入雄兔体内,不仅成功修复了损伤的海绵体,并在 4 个月内成功恢复了阴茎勃起和射精功能。更惊人的是,原本海绵体受损的雄兔在植入支架后,顺利完成交配,并让雌兔生下小兔子

作为海绵组织修复最理想的方法,生物工程海绵体的构建仍需要克服一些困难。由于海绵组织的复杂结构和满足其生理功能所必需的特殊机械性能,用于海绵组织修复的生物材料必须具有良好的加工性能,适当的机械性能和生物相容性,以支持黏附,迁移和大量增殖。基于这些需求,研究人员选择使用三维(3D)打印技术,一种有前途的工具来创建具有复杂仿生结构的3D生物材料。微血管系统的重建在海绵体功能的恢复中起着至关重要的作用。因此,研究人员设计了具有多尺度多孔结构的仿生3D打印水凝胶支架,并同时改进了支架和细胞,以减少缺损部位周围的纤维化并修复海绵状组织的血管网络和生理功能。

鉴于调节血管生长因子的关键转录激活因子低氧诱导因子1α(HIF-1α)的表达对正常氧敏感,研究人员设计了HIF-1α过表达的肌肉衍生干细胞( MDSCs),这些HIF-1α突变的MDSCs在常氧和低氧状态下不仅稳定,高水平地表达HIF-1α,而且在HIF-1α的调节下导致血管新生相关因子的表达改善,从而促进新血管形成的发展。

此外,肝素是一种对血管生成因子具有良好亲和力的负电荷多糖大分子,它通过结合诸如血管内皮生长因子(VEGF)的血管生成蛋白并提高其稳定性来加速新血管形成。因此,研究人员通过与聚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。然后将这些HIF-1α突变的MDSC接种到肝素涂层的支架上,然后将其进一步植入受伤的海绵体中。

令人惊讶的是,水凝胶支架中由HIF-1α和VEGF表达(通过HIF-1α突变的MDSCs)诱导的血管生成有效修复了受伤的海绵体,并在4个月内恢复了体内的阴茎勃起和射精功能。具体而言,由HIF-1α过度表达的MDSC产生的血管生成因子通过肝素的吸附,富集在3D打印的水凝胶支架表面,然后刺激体内血管形成。新血管形成的增加进一步促进了受伤的海绵体的勃起和射精功能的恢复。最后,该研究进行了交配评估,以验证重要生殖功能的恢复。这项研究使用3D打印技术修复受伤的海绵体,并有望在临床前和临床应用中实现有效的海绵体修复。

参考资料:

[1] Functional reconstruction of injured corpus cavernosa using 3D-printed hydrogel scaffolds seeded with HIF-1α-expressing stem cells

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