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華南理工大學(xué)施雪濤教授團隊 Matter：仿生人造陰莖白膜
2023-01-06  來源：高分子科技

  陰莖中沒有骨骼存在，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，進而導(dǎo)致陰莖彎曲，勃起疼痛等問題，嚴(yán)重者還會導(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隊報道了一種微結(jié)構(gòu)仿生的人造白膜補片，通過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。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單的誘導(dǎo)相分離-拉伸取向-化學(xué)交聯(lián)方法，將無規(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，通過注射生理鹽水使豬陰莖勃起，植入ATA組與正常對照組幾乎沒有明顯差異，這一結(jié)果說明ATA可以立即恢復(fù)正常的勃起功能。 


圖2、陰莖勃起時白膜微觀結(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補片的制備過程和結(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。


  該工作是施雪濤團隊近期關(guān)于男性生殖修復(fù)的最新成果之一。施雪濤團隊長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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