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全球首次!我院生殖医学男科安庚主任团队用干细胞+3D打印技术修复“丁丁”

发布时间:2020.06.11 来源:医院办公室 发布人:医院办公室 点击数:578

导言:近日,国际顶级期刊《Nature Communications》发表了我院生殖医学中心安庚教授团队的最新研究成果。该研究团队成功运用干细胞和3D打印技术修复阴茎海绵体缺损,恢复雄兔的性与生殖功能,并完成子代生育。


近日,国际顶级期刊《Nature Communications》发表了广州医科大学附属第三医院(以下简称“广医三院”)生殖医学中心安庚教授团队的最新研究成果。该研究团队成功运用干细胞和3D打印技术修复阴茎海绵体缺损,恢复雄兔的性与生殖功能,并完成子代生育。


中新网采访视频


此修复策略对阴茎海绵体的重建在全球尚属首次,专家认为,该策略今后对恢复男人的性与生殖功能具有重要的临床应用价值和前景。

广医三院安庚教授是文章第一作者,广医三院是第一完成单位


阴茎海绵体修复一直是难题

在维持男性生殖、泌尿等功能方面,阴茎海绵体有着重要作用,然而多种先天性发育异常、肿瘤、外伤等会导致阴茎畸形或阴茎海绵体缺损,这类患者需要进行手术重建。



“目前,阴茎海绵体缺损只能通过人工材料,或用假体来修复。修复后,虽然外观无异但功能缺失。”安庚教授介绍,海绵体是多孔结构,当它破了或断了,通过手术缝补是无法实现的,它的特殊形状和复杂结构让其修复起来异常困难。


此外,阴茎海绵体的修复还面临着解剖学、美学和功能上的挑战,一直是临床医学与科学研究的难题。


在“干细胞+3D打印”中寻突破

近年3D打印技术兴起,安庚教授团队想借助此技术来重建阴茎海绵体。但要修复海绵体这类软组织并非易事,因为它是具有收缩、回弹特性的特殊力学性能组织。


为了解决这个问题,安庚教授团队联合华南理工大学施雪涛教授、美国俄克拉荷马大学毛传斌教授等人,共同研究构建了具有多尺度、多孔结构的仿生3D打印水凝胶支架。经测试,该支架与天然海绵体组织具有良好的力学匹配性,具备收缩、回弹特性。


研究团队发现,修复海绵体仅靠3D打印水凝胶支架,恢复速度比较慢。阴茎海绵体内部密布着大量微血管,重建微血管系统对海绵体功能(勃起和射精)的恢复也起着至关重要作用。


为此,研究人员运用干细胞技术,向其中植入高表达缺氧诱导因子(HIF-1α)的肌源性干细胞(MDSCs),还通过肝素与聚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,刺激植入部位血管形成,制备生物工程血管化阴茎海绵体。


“如果说海绵体修复是‘盖房子’,那么3D打印水凝胶支架就是这房子的‘框架’,而让微血管系统重建的干细胞就是'砖瓦'。”安庚教授解释。


安庚教授还介绍,3D打印水凝胶支架是可降解的生物材料,实现“支撑”使命的同时也不会永久逗留,会在6个月内慢慢降解,支持自体干细胞定向分化,实现海绵体组织再生,既做到有型又有功能。


动物实验:

雄兔4个月恢复性与生殖功能

在动物实验阶段,研究人员将“生物工程血管化阴茎海绵体”植入海绵体缺损的雄兔身上。



雄兔海绵体损伤修复示意图


试验中,3D打印水凝胶支架显示出良好的组织相容性,没有免疫排斥反应。同时,由干细胞诱导的新生血管也有效修复了海绵体的损伤部位,并促进新血管的形成,最终修复了缺损海绵体组织。经过形态学评估和海绵体内压测试,修复后的海绵体具有非常好的组织弹性和收缩能力,这意味着雄兔阴茎的勃起和射精功能得到了恢复。


随后,研究人员将海绵体修复后的雄兔和雌兔混养。4个月内,雌兔连续分娩了小兔子,完成子代生育。进一步证实,雄兔不仅恢复了性功能,生殖功能也得到了有效恢复。




历经3年多的科技攻坚,团队终于取得了这一突破性研究成果。这是全球首次运用干细胞+3D打印技术成功修复阴茎海绵体缺损,恢复雄兔的性与生殖功能,并完成子代生育。


未来十年内,有望应用于临床

临床上,安庚接触过很多因为海绵体损伤而失去性生活和生殖能力的男性。


据了解,中国40岁以上男性勃起功能障碍的患病率高达40%,男性生殖器先天性发育异常占男性孕人群的5%。阴茎海绵体修复对于恢复男性性与生殖功能具有重要意义。


“下一步,我们将按照人的标准,做人的预实验。同时,不断优化生物材料,让修复后的阴茎海绵体更接近自然状态。”安庚表示,希望能在未来十年内,将此研究应用于临床,真正帮助到那些阴茎畸形、发育异常和阴茎海绵体损伤的男性。


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