组织工程尿道重建的研究进展

余和恒 (广西桂东人民医院泌尿外科，广西 梧州 543001)

尿道重建组织工程学是将尿道重建与细胞移植学、材料学以及器官生理学等多个领域相结合的新兴学科。组织工程学的蓬勃发展为泌尿生殖系统的修复重建提供了一个崭新的前景［1］。

1 生物支架材料

组织工程技术采用生物支架作为修复重建的关键［2-4］，是因为支架材料为种子细胞黏附提供了一个三维立体空间，促进种子细胞迁移、增殖，促进组织的毛细血管化，以提供细胞营养，增强生存率。选择生物材料作为支架的条件为:①具有较好的生物可降解性、相容性;②不引发免疫排斥反应;③无毒性、可塑性等。根据来源不同，支架材料可分为人工合成材料和天然生物材料。

1.1 人工合成材料:其材料特点为生物降解能力较好的物质，包括聚乳酸(PLA)、聚羟基乙酸(PGA)、聚羟基链烷酸酯(PHA)、聚羟基丁酸(PHB)等，易于加工成各种形状［5］。目前应用较多的是PGA、PLA及两者的聚合物聚乳酸/聚羟基乙酸共聚物(PLGA)。目前广泛应用的组织工程支架材料是PLGA，其降解速度较快，组织相容性好，无毒，可以控制机械性能、降解率、微结构等。但是其缺少细胞外基质中的各种生物信号及功能基团，影响了种子细胞的黏附。日前，已通过各种表面修饰技术(包括在材料表面涂敷各种细胞因子、黏附因子)，以改善其表面特性，增强黏附力。

1.2 天然生物材料:天然生物材料为正常组织的细胞外高分子物质，如胶原蛋白、多聚氨基酸等大分子材料，其可作为细胞外基质的替代物。具有细胞黏附的优势，但缺乏物理强度，需在成型后加玻璃管、硅胶管等内支撑作为三维支架。还有一种类天然生物材料为脱细胞基质或者脱细胞支架材料，是将生物组织去除实质细胞，保留相对完整的细胞外支架结构。

1.2.1 小肠黏膜下组织(SIS):研究证实，SIS作为一种脱细胞基质，是一种良好的支架材料，可以促进尿道修补处的上皮重生以及新生血管的形成［6］。利用成品SIS进行尿道修复重建，缩短手术时间，减少自体取材修复重建导致的并发症。因而是一种安全、有效的重建材料。SIS适应证:尿道狭窄长度较小或者海绵体纤维化较为局限的患者。

1.2.2 尿路上皮的脱细胞支架:包括尿路上皮的脱细胞基质与脱细胞支架材料。尿路上皮的脱细胞基质如膀胱黏膜下基质(BAMG)在尿道复重建中已经有较长的历史［7］，利用BAMG补片的修复处都显示出良好的细胞组成和排列走向。

1.2.3 其他支架材料:尿道修复可利用弹性蛋白材料进行，但管状化的弹性蛋白不适宜。

1.3 复合材料修复重建

1.3.1 体细胞复合材料:尿道狭窄或下裂这类疾病的治疗金标准是在尿道替代手术中利用口腔黏膜［8］。但是出现了较多并发症，如术后腮腺导管损伤、张口活动受限等。利用组织工程的方法复合重建口腔黏膜，是进行尿道修复重建手术的新纪元。

口腔黏膜是近几年临床应用最广的尿道替代材料，具有韧性大、抗感染力强的特点。同表皮细胞相比，口腔黏膜细胞与尿道黏膜细胞同属黏膜组织来源的细胞，有望最大程度地模拟尿道黏膜的特性。研究表明［9］，口腔黏膜抵御各种微生物方式在于:一是利用细胞之间的黏附和连接，阻止微生物的入侵，二则是口腔黏膜上皮细胞分泌β-防御素和IL-8等多肽和细胞因子，利用免疫反应清除外来微生物。

1.3.2 干细胞复合材料:虽然已经在体外成功培养体细胞，但是也存在较多缺陷，如体外培养增殖率慢，体外培养后功能降低，现在，可以以通过干细胞解决这一问题［10］。

干细胞作为一类未分化细胞［11］，其具有自我更新的能力，并能进行分化以形成最终成熟的非再生细胞和效应细胞。其最大优点在于，可按照分化途径进行分化，形成与原有组织同样的材料，最大程度减少了免疫排斥反应，增加了治疗成功率。

2 种子细胞培养和种植

2.1 细胞的来源和培养:种子细胞是组织工程构建组织器官的基本要素，可以从异种、异体组织或者自体组织中获取，其中自体组织细胞是首选。目前尿道组织工程构建的种子细胞主要有两大类:①已分化完全的成熟细胞，如膀胱尿路上皮细胞等;②具有分化能力的干细胞。种子细胞工程化组织的构建需要大量这样活性好的种子细胞。自体组织细胞通过体外分离、培养［12］，得到足够数量的细胞后种植于支架材料上，使之黏附及生长，最终形成具有生物活性的尿道替代材料［13］。

2.2 细胞的种植:完成组织工程的最后步骤是将细胞种植于三维支架材料上［14］。按操作时段不同，种植方式可分为单步种植和两步种植。单步种植是获取细胞悬液后，即刻种植于移植物表面;两步法是获得细胞后首先进行体外培养、扩增细胞并达到一定数量后再种植。

3 展望

组织工程为尿道修复与重建提供了广阔的前景，但是面临的问题也是严峻的，我们需要不断深入研究这个新兴医学领域，为其广泛临床应用奠定坚实基础。

［1］ 李 虹，罗德毅.尿道修复重建进展［J］.现代泌尿外科杂志，2012，17(1):6.

［2］ 赵 虎.不同材料制成尿道支架的生物相容性［J］.中国组织工程研究与临床康复，2011，15(21):3945.

［3］ 牛喜信，张 莉.TGF-β1与关节软骨修复的研究进展［J］.吉林医学，2011，32(10):2002.

［4］ 师铁英.骨髓间充质干细胞的诱导分化研究［J］.吉林医学，2006，27(1):90.

［5］ 冯 超，徐月敏，朱卫东，等.天然及合成尿道重建支架材料的生物相容性及力学性能［J］.中国组织工程研究与临床康复，2011，15(3):409.

［6］ 刘 杰，傅 强.组织工程技术在下尿路修复重建中的应用［J］.中国组织工程研究与临床康复，2010，14(33):6218.［7］ Raya-Rivera A，Esquiliano DR，Yoo JJ，et al.Tissue-engineered autologous urethras for patients who need reconstruction:an observational study［J］.Lancet，201l，377(6):1175.

［8］ Li C，Xu YM，Song LJ，et al.Urethral reconstruction using oral keratinocyte-seeded bladder acellular matrix grafts［J］.J Urul.2008，180(4):1538.

［9］ Bhargava S，Patterson JM，Inman RD，et al.Tissue-engineered buccal mucosa urethroplasty-clinical outcomes［J］.Europ Urol，2008，53(6):1263.

［10］ DE COPPI P，Bartsch G JR，Siddiqui MM，et al.Isolation of amniotic stem cell lines with potential for therapy［J］.Nat Biotechnol，2007，25(1):100.

［11］ Patterson JM，Bullock AJ.MacNeil S。et al.Methodsto reduce the contraction of tissue-engineered buccal mucosa for use in substitution urethroplasty［J］.Eur Urol，2011，60(4):856.

［12］ Fossum M，Nordenskjol D A.Tissue-engineered transplants for the treatment of severe hypospadias［J］.Horm Res Paediatr，2010，73(2):148.

［13］ RAYA-RIVERA A，Esquiliano DR，Yoo JJ，et al.Tissue-engineered autologous urethras for patients who need reconstruction:an observational study［J］.Lancet，2011，377(9772):1175.

［14］ Feng C，Xu YM，Fu Q，et al.Reconstruction of 3D neourethra using lingual keratinocytes and corporal smooth muscle cells seeded acellular corporal spongiosum［J］.Tissue Eng，2011，17(23-24):3011.