今天分享一篇最新的關于生物材料解決部分男性難以啟齒的文章（咳咳，嚴肅！）
圖|pixabay
我們知道，海綿組織是陰莖的重要組成部分。具有完整海綿竇結構的健康海綿組織是維持陰莖正常勃起功能和泌尿功能的先決條件。海綿體作為終末器官，不能通過再生修復。由于各種解剖、美學和功能上的挑戰，海綿體損傷的修復一直是一個難題。由于倫理問題，已報道的異體陰莖移植術是有爭議的。由于來源有限、潛在的免疫原性、低孔隙度并且不能恢復陰莖功能，脫細胞基質置換也有缺陷。因此，迫切需要探索用于海綿狀重建的有效再生療法。
然而，作為最理想的海綿體修復方法，生物工程海綿體的構建還需要克服一些困難。由于海綿竇結構的復雜性和滿足其生理功能所必需的特殊力學性能，用于海綿竇修復的生物材料必須具有良好的加工性能、適當的力學性能和生物相容性，以支持細胞的粘附、遷移和大量增殖。
那怎么辦呢？
俄克拉荷馬大學Chuanbin Mao和廣州醫科大學附屬第三醫院、華南理工大學施雪濤等人設計了一種具有多尺度多孔結構的仿生3D打印水凝膠支架，并對支架和細胞進行了改進，以減少缺損部位周圍的纖維化，修復血管網絡和海綿組織的生理功能。結果表明，由HIF-1α和VEGF表達（通過HIF-1α突變的MDSCs）誘導的血管生成的水凝膠支架有效修復了損傷的海綿體，并在4個月內恢復了體內的陰莖勃起和射精功能。相關成果于6月1日發表在Nature Communications上。
所需具體材料、技術和修飾
1）3D打印技術，一種有前景的工具來創建具有復雜仿生結構的3D生物材料。
2）水凝膠支架，選擇水凝膠支架是因為它具有機械性強的多孔結構，為細胞生長、粘附和遷移提供了良好的微環境和空間，從而在結構和力學上與天然海綿體相匹配。
3）基因轉染構造HIF-1α突變的肌肉衍生干細胞（MDSCs），使其在常氧和低氧狀態下不僅穩定，還高水平地表達HIF-1α，以促進新血管形成。
4）肝素，這是對血管生成因子具有良好親和力的帶負電荷的多糖大分子，其通過結合血管生成蛋白例如血管內皮生長因子（VEGF）來加速新血管形成并改善其穩定性。肝素通過PLL的逐層組裝工藝沉積在3D水凝膠支架的表面上。
圖|兔損傷陰莖海綿體修復示意圖
科學家是如何制備這個支架材料的呢？
研究人員主要是通過3D打印方法與紫外線（UV）光交聯結合來合成了3D打印的水凝膠支架。支架由兩種生物相容性的成分組成，即甲基丙烯酸透明質酸（HAMA）和甲基丙烯酰胺改性的明膠（GelMA）。3D打印油墨主要包含2％的HAMA，15％的GelMA和0.5％的光引發劑（I2959），表現出良好的剪切稀化特性和適當的粘度，可以隨溫度進行調整。
打印過程
所打印的水凝膠支架呈現規則的多孔結構，壓縮測試曲線表明，水凝膠支架表現出突出的機械強度和重復的壓縮應力是海綿體組織支架所承受的主要應力。因此，進行了3D打印的水凝膠支架的壓縮測試和循環壓縮測試。3D打印的水凝膠支架在20次循環壓縮試驗（應力高達40 kPa）后仍保持其原始機械性能，而沒有任何損壞。
對肝素表面修飾的支架進行表征，具有良好的生物降解性和具有明顯的抗凝作用，可防止血栓的形成。最后就把基因轉染構造HIF-1α突變的肌肉衍生干細胞（MDSCs）培養在支架上面，對細胞進行觀察測試，表明該修飾水凝膠支架具有支持細胞粘附，遷移和增殖的生物學功能。
此處說那么多，就是讓你們知道，它一點都不遜色，不用擔心它不行，而且多次使用都不會壞。（小編完全沒有在開車）
HIF-1α基因突變（mHIF-1α）MDSCs的表征
下面咱們直接看體內效果如何（能不能立起來？）
首先，在小鼠實驗中，確定該水凝膠支架可以促進血管再生，然后在家兔植入實驗中，對修復效果進行了醫學成像，以及測量了不同組的海綿體內壓（ICP）和平均動脈壓（MAP）。結果顯示該水凝膠對勃起功能有積極作用，而且修復后的海綿竇也具有非常好的組織彈性和收縮力。
圖| ICP/MAP測試
單看表征測試好像還不夠說服力，那就看下有沒有生育能力
研究人員將雌性兔子與每只經歷了兩個月的海綿體缺損修復的兔子混合。其他對照組，在4個月內都沒有或只有一只小兔子的出生。而使用該水凝膠支架組中的四只雌兔在4個月內連續（注意是連續！）生下了小兔子。（看圖就知道人家多恩愛了）
圖|新生兔的出生時間點和數量
小結：
綜上所述，該工作是朝著開發生物工程血管化組織庫邁出的重要一步。這是首次報道3D打印生物工程支架成功修復缺損，恢復勃起和射精功能，使兔子恢復生殖能力。該海綿狀組織修復策略在加速重建竇狀結構方面具有突出的價值。除了修復海綿體組織缺損外，這些3D打印支架還具有修復其他血管組織的潛力，如皮膚、鼻組織和心肌組織。
參考文獻：
An,G., et al. Functional reconstruction of injured corpus cavernosa using3D-printed hydrogel scaffolds seeded with HIF-1α-expressing stem cells. NatCommun 11, 2687 (2020).
https://doi.org/10.1038/s41467-020-16192-x
