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華南理工大學(xué)施雪濤教授團(tuán)隊(duì) Matter:仿生人造陰莖白膜
2023-01-06  來(lái)源:高分子科技

  陰莖中沒(méi)有骨骼存在,由白膜和充血的海綿體共同作用,構(gòu)成流體靜力學(xué)骨骼系統(tǒng),從而抵抗外界壓力,以完成性交,健康且完整的白膜在勃起過(guò)程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。然而,外傷、陰莖癌、退行性病變等均可能造成白膜損傷,進(jìn)而導(dǎo)致陰莖彎曲,勃起疼痛等問(wèn)題,嚴(yán)重者還會(huì)導(dǎo)致勃起功能障礙。目前臨床上相關(guān)治療方法有限,藥物治療只是延緩病程,手術(shù)治療效果也不理想。


  針對(duì)這一難題,華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院施雪濤教授研究團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種微結(jié)構(gòu)仿生的人造白膜補(bǔ)片,通過(guò)合成水凝膠模擬了天然白膜雙層彎曲取向的纖維結(jié)構(gòu),其具有與天然白膜相似的力學(xué)特性,并在巴馬豬陰莖白膜缺損模型中取得了良好的修復(fù)效果。相關(guān)論文“Bionic Artificial Penile Tunica Albuginea”發(fā)表于材料學(xué)知名期刊《Matter》。 


圖1、相關(guān)研究論文


  白膜中雙層的卷曲而取向的膠原纖維結(jié)構(gòu)在勃起中起到至關(guān)重要的作用,這也是構(gòu)建人造白膜的最大難點(diǎn)。如圖2所示,在陰莖勃起前,白膜的纖維呈卷曲狀態(tài),這使得陰莖可以彎曲和扭曲,具有很大的靈活性。隨著陰莖的充血和勃起,白膜的纖維被拉直,從而限制陰莖的形狀變化,并提供抵抗外界變形的能力,從而順利完成性交。本工作采用了一種簡(jiǎn)單的誘導(dǎo)相分離-拉伸取向-化學(xué)交聯(lián)方法,將無(wú)規(guī)、多孔的聚乙烯醇(PVA)水凝膠構(gòu)建成具有彎曲且定向纖維結(jié)構(gòu)的水凝膠片,隨后將兩層各向異性PVA片垂直交叉堆疊并粘貼,得到了結(jié)構(gòu)仿生的人工白膜(artificial tunica albuginea, ATA)。ATA具有與白膜類似的應(yīng)變硬化特性,其拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線呈典型的J型。同時(shí)ATA擁有良好的耐穿刺性,可以用縫合線縫合。ATA在巴馬豬陰莖白膜缺損模型中取得了極好的效果,通過(guò)注射生理鹽水使豬陰莖勃起,植入ATA組與正常對(duì)照組幾乎沒(méi)有明顯差異,這一結(jié)果說(shuō)明ATA可以立即恢復(fù)正常的勃起功能。 


圖2、陰莖勃起時(shí)白膜微觀結(jié)構(gòu)的變化以及人工白膜在白膜損傷修復(fù)中的應(yīng)用方法


 圖3、各向異性的PVA補(bǔ)片的制備過(guò)程和結(jié)構(gòu)變化。


 圖4、人工白膜在巴馬豬陰莖缺損模型中的修復(fù)效果。


  該工作是施雪濤團(tuán)隊(duì)近期關(guān)于男性生殖修復(fù)的最新成果之一。施雪濤團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于生物材料在男性生殖健康修復(fù)中的應(yīng)用,曾在首次報(bào)道了用于海綿體重建的3D打印生物支架,并將其作為有效再生療法實(shí)現(xiàn)陰莖海綿體的功能修復(fù)(Nature Communication, 2020, 11(1):2687.),也曾經(jīng)發(fā)表生物材料策略應(yīng)用于生殖組織工程相關(guān)綜述(Bioactive Materials, 14, (2022) 86-96.)。


  閱讀論文原文:https://cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(22)00663-4

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