據研究表明，在40歲至70歲之間的男性中，估計有50%的人患有某種形式的勃起功能障礙，約5%的人患有佩羅尼氏病（peyronie's disease，PD）。佩羅尼氏病通常是由性行為中的損傷引起的，它會損傷陰莖組織的纖維鞘，稱為白膜，白膜是陰莖內的一層保護性組織，它排列著尿道，在維持勃起方面起著關鍵作用。而稱為斑塊的疤痕組織會導致彎曲或疼痛的勃起或陰莖縮短，可能需要手術治療。近日，華南理工大學施雪濤等人利用水凝膠創造了一種人造組織，可以恢復豬的勃起功能。這種材料被稱為人工白膜(ATA)，模仿陰莖中用于產生和維持勃起的白膜組織。?ATA具有仿生力學性能和生物相容性，可修復TA損傷?這種方法可以為未來的組織模擬制備提供一個通用平臺
圖|陰莖勃起過程中TA微觀結構的變化及ATA在TA損傷修復中的應用綜合考慮了水凝膠的機械性能、應變硬化特性、以及生物相容性、耐縫合性和血液相容性等特點，研究人員選擇了三偏磷酸鈉 (STMP) 交聯聚乙烯醇 (PVA) 水凝膠來制備滿足這些要求的ATA。STMP交聯的 PVA 水凝膠具有優異的機械性能并提供縫合的可能性。同時，它們是血液安全的，可以在體內長期保持穩定。然而，關于其微觀結構設計的報道仍然非常少見。TA中的雙層卷曲纖維結構是其勃起功能的關鍵。因此，定向卷曲纖維結構的仿生制備是 ATA 的主要挑戰。于此，研究人員將各向同性 PVA 水凝膠重塑成由平行彎曲纖維組成的雙層彈性貼片。類似于天然 TA 中卷曲結構的順序響應，彎曲的纖維首先拉直以吸收應變，然后拉伸以誘導軟到硬的轉變。使用凍融循環和鹽析法生成的隨機網狀纖維在拉伸后具有清晰的方向，并在 STMP 交聯后繼續保持這種方向。使用 STMP 交聯，通過將兩個各向異性 PVA 水凝膠連接在一起獲得仿生 ATA。結果表明，ATA 顯示出類似于天然 TA 的應變硬化特性，并且其爆裂壓力遠高于勃起期間的海綿體內壓力。ATA在單軸拉伸試驗中表現出與豬TA類似的J型應力-應變曲線。另外，ATA 卓越的縫合性能使其成為臨床使用的有吸引力的選擇。此外，研究人員還檢查了 ATA 的兩層排列對陰莖硬度的影響。然后，在體外和體內提出了 ATA 的生物相容性、抗血栓形成特性和長期穩定性。最后，ATA 被用于小豬 TA 損傷模型。損傷部位ATA縫合后陰莖勃起恢復正常，遠期預后良好。綜上所述，使用簡單的拉伸交聯程序，研究人員制備了具有仿生雙層結構的 ATA。此外，大多數承重軟組織都有對齊但卷曲的纖維。這種結構和相應的機械性能對其生理功能至關重要。因此，構建 ATA 的策略可以擴展到各種材料和其他承重組織的仿生結構，如血管、腸、角膜、膀胱、肌腱和心肌。應變硬化材料可以表現出與相鄰組織的順應性，并在大變形時增強應變限制能力和功能穩健性，這也可能激發電子皮膚、可穿戴設備或植入式傳感器的設計。還有，可以設計流體驅動的軟體機器人，通過對材料或形狀進行編碼，將內部壓力轉化為特定的運動。哺乳動物的陰莖由血流控制以實現快速的軟硬轉換，這種仿生 ATA 可能會激發流體驅動軟體機器人的發展。MuyuanChai, et al., Bionic Artificial Penile Tunica Albuginea, Matter (2023).DOI:10.1016/j.matt.2022.11.032.https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(22)00663-4
