华南理工大学施雪涛教授团队 Matter：仿生人造阴茎白膜

2023-01-06 来源：高分子科技

阴茎中没有骨骼存在，由白膜和充血的海绵体共同作用，构成流体静力学骨骼系统，从而抵抗外界压力，以完成性交，健康且完整的白膜在勃起过程中发挥着至关重要的作用。然而，外伤、阴茎癌、退行性病变等均可能造成白膜损伤，进而导致阴茎弯曲，勃起疼痛等问题，严重者还会导致勃起功能障碍。目前临床上相关治疗方法有限，药物治疗只是延缓病程，手术治疗效果也不理想。

针对这一难题，华南理工大学材料科学与工程学院施雪涛教授研究团队报道了一种微结构仿生的人造白膜补片，通过合成水凝胶模拟了天然白膜双层弯曲取向的纤维结构，其具有与天然白膜相似的力学特性，并在巴马猪阴茎白膜缺损模型中取得了良好的修复效果。相关论文“Bionic Artificial Penile Tunica Albuginea”发表于材料学知名期刊《Matter》。

图1、相关研究论文

白膜中双层的卷曲而取向的胶原纤维结构在勃起中起到至关重要的作用，这也是构建人造白膜的最大难点。如图2所示，在阴茎勃起前，白膜的纤维呈卷曲状态，这使得阴茎可以弯曲和扭曲，具有很大的灵活性。随着阴茎的充血和勃起，白膜的纤维被拉直，从而限制阴茎的形状变化，并提供抵抗外界变形的能力，从而顺利完成性交。本工作采用了一种简单的诱导相分离-拉伸取向-化学交联方法，将无规、多孔的聚乙烯醇（PVA）水凝胶构建成具有弯曲且定向纤维结构的水凝胶片，随后将两层各向异性PVA片垂直交叉堆叠并粘贴，得到了结构仿生的人工白膜（artificial tunica albuginea, ATA）。ATA具有与白膜类似的应变硬化特性，其拉伸应力应变曲线呈典型的J型。同时ATA拥有良好的耐穿刺性，可以用缝合线缝合。ATA在巴马猪阴茎白膜缺损模型中取得了极好的效果，通过注射生理盐水使猪阴茎勃起，植入ATA组与正常对照组几乎没有明显差异，这一结果说明ATA可以立即恢复正常的勃起功能。

图2、阴茎勃起时白膜微观结构的变化以及人工白膜在白膜损伤修复中的应用方法

图3、各向异性的PVA补片的制备过程和结构变化。

图4、人工白膜在巴马猪阴茎缺损模型中的修复效果。

该工作是施雪涛团队近期关于男性生殖修复的最新成果之一。施雪涛团队长期致力于生物材料在男性生殖健康修复中的应用，曾在首次报道了用于海绵体重建的3D打印生物支架，并将其作为有效再生疗法实现阴茎海绵体的功能修复（Nature Communication, 2020, 11(1):2687.），也曾经发表生物材料策略应用于生殖组织工程相关综述（Bioactive Materials, 14, (2022) 86-96.）。

阅读论文原文：https://cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(22)00663-4

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（责任编辑：xu）

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