膀胱替代的人工假体和组织工程研究进展

何　南，潘次中，徐　冉，朱　煊，赵晓昆

(1.郴州市第一人民医院泌尿外科，湖南郴州　423000;2.中南大学湘雅附二医院泌尿外科，湖南长沙　410011)



·综述·

膀胱替代的人工假体和组织工程研究进展

何南1，潘次中2，徐冉2，朱煊2，赵晓昆2

(1.郴州市第一人民医院泌尿外科，湖南郴州423000;2.中南大学湘雅附二医院泌尿外科，湖南长沙410011)

摘要：膀胱全切术后尿流改道的方法有很多，常规尿流改道术因并发症影响了患者生活质量。为了减少术后并发症，改善生活质量，人类在膀胱替代的问题上不断探索。人工假体膀胱的发展已经有50年的历史了，虽然尚未有人工假体用于人类，但是在未来多学科发展的前提下，人工膀胱替代仍是一个有前景的方式。在生物工程和生命科学迅速发展的今天，组织工程技术开始频繁地用于泌尿重建中。未来，通过膀胱组织工程技术，我们也许能够实现无需实施肠道手术的膀胱替代技术。

关键词：膀胱癌；膀胱替代；人工假体；组织工程

膀胱癌是泌尿系统常见恶性肿瘤之一，根据其病理类型、分级和分期的不同，其治疗方法也不尽相同。肌层浸润性膀胱癌治疗的金标准是根治性膀胱全切除+尿流改道术。尿流改道的主要目的是替代原有膀胱引流尿液，改善患者术后生活质量。目前，膀胱全切术后尿流改道的方法有很多：如输尿管皮肤造口术，回肠通道术，原位新膀胱术等都是泌尿外科最常用的手术方法。但是这些手术由于使用肠道替代膀胱引流尿液，术后并发症的发生影响患者生活质量。为了减少术后并发症、改善生活质量，人类在膀胱替代领域一直进行探索。

人工假体膀胱是由非生物材料合成的替换膀胱，虽然假体膀胱目前尚未应用于人体，理论上它可以避免使用肠道代替膀胱带来的一系列并发症[1]。组织工程技术也被应用于尿流改道，人们通过移植种子细胞到支架材料上以构建组织工程膀胱，来实现膀胱替代。人工假体膀胱和组织工程技术的发展将使尿流改道和膀胱替代向着多元化发展。本文就人工假体膀胱、组织工程替代膀胱的进展作一综述。

1人工假体膀胱

随着人工合成技术、生物材料、组织工程技术在膀胱替代中的不断发展，现在膀胱替代可分为生物替代和人工合成替代。生物替代品从生物中合成和发展，而人工合成的替代物，可简单定义为所有的非生物材料。在过去的50年内，研究者提出了很多可以用于代替膀胱的人工假体材料，硅是最常用的一种。虽然人工合成替代膀胱目前还只是停留在动物实验的阶段，但它无疑具有广阔的应用前景。

1.1介绍几种人工假体类型

1.1.1BOGASH假体[2]1960年由BOGASH首先提出的，将硅胶管的一端与狗的输尿管吻合，另一端通过与外腹壁相连，用于排空尿液。术后主要问题：假体放置4周后，出现了输尿管吻合口狭窄引起肾积水，并且尿路感染发生率很高。

1.1.2FRIEDMAN假体[3]这种假体膀胱是由一个可折叠的储存容量为250 mL的人工合成材料组成，实验动物的输尿管和尿道都与它直接吻合，它能在不升高假体膀胱内压力的同时储存一定量的尿液。术后主要问题：所有实验动物在植入假体膀胱2周后都出现了不同程度的肾积水以及肾衰。

1.1.3ABBOU假体及FRENCH假体[4-5]ABBOU假体(图1)及FRENCH两种假体都是由硅橡胶假体组成的卵圆形储尿囊，容量为200～600 mL，并且配有机械的排尿系统。在这些假体中，输尿管与假体的后壁及防返流瓣吻合，并且尿道配有括约肌。软组织和假体通过多孔的生物材料或聚乙烯粘合在一起。临床试验对象为狗，并通过对这些被处死的狗的新膀胱组织的分析，来确定假体的耐受程度。术后主要问题：在假体周围逐渐形成了一个纤维囊，影响了假体的动力学作用(扩张和排空)；此外，每个实验狗术后都出现了进行性肾积水和肾衰。

图1　ABBOU假体示意图

1.1.4KLINE假体[6]这是表面有水凝胶层的双稳态乳胶假体。将其置入实验动物的骨盆区，依靠重力、腹腔器官的重量及腹壁肌肉紧张产生的压力提供排空尿液的动力。但作者没有进一步研究，因为作者认为，随着时间的推移，可以预见实验动物会出现上述几种术后问题(图2)。

图2　KLINE假体示意图

A：储尿期，膀胱瓣膜关闭；B：排尿期，在重力及腹壁肌肉紧张作用下，膀胱瓣膜开放排尿。

1.1.5MAYO假体[7]是所提到假体中最复杂的一种，它是基于从负压吸引和主动排空尿液的基础上设计的。它由两层不同的人工材料组成，内层为容量230 mL的硅胶，外层为容量300 mL的聚砜。这两层都与膀胱颈相连，两层间有70 mL的空间。内部的弹簧装置在受压缩时可产生负压，有助于充盈，同时还有个类似的加压装置促进排空。输尿管中插入了F8的硅胶导管，假体通过插入尿道中的硅胶管排空尿液。这种假体被植入4只狗体内进行实验。术后主要问题：这种假体在植入数周后就引起了狗的感染，并且因多个部件障碍而失败告终。

1.1.6AACHEN假体[8]是到目前为止，维持功能时间最长的模型(在两只羊体内维持正常运作>18个月)。它由两个分开的皮下可折叠弹性人工储尿囊组成，这两个储尿囊各自通过硅胶管插入到肾盂抽取尿液，这类似于人造输尿管。两个储尿囊通过内置在尿道内的硅胶管排尿，整体形成Y形。外界压迫形成的正压有助于排尿，同时在储尿囊内形成的负压利于充盈。术后主要问题：在吻合处因材料的限制，而容易发生尿瘘(图3)。

其他还有GURPINAR假体、RIGOTTI假体、GLEESON假体等等。所有这些假体都是由硅胶或者基于硅胶制作的，并且都只进行了动物实验。

1.2目前假体研究虽未成功但值得继续上述所有假体失败的主要原因可归纳为：结缔组织沉积、感染、肾积水、吻合口瘘以及生物兼容性等问题。在理想情况下，一个功能正常的储尿囊应该具有下述特点：较少或无排斥、不漏尿、足够储存容量、可充盈和排空且不会造成上尿路损伤功能、抗结石形成和抗感染发生、易植入和取出、有较好的持久性和合适的价格。最近有篇文章评估了实验的花费和一个理想的膀胱假体带来的收益[9]。这篇文章的作者认为，如果市场够大，那么进行人工假体膀胱的研究还是值得继续的。

图3　AACHEN假体示意图

如果我们能够找到一种理想材料，让人工假体膀胱具有理想的储尿囊功能[10]。那么，膀胱全切术后尿流改道就无需使用肠道，而只需简单吻合假体与输尿管和假体与尿道，手术时间将大大缩短。同时术中术后和住院期间用药将减少、肠道并发症将明显降低、患者恢复更快、也有利于更快地进行后期的辅助治疗。

肠道替代膀胱可能并不能代表未来膀胱替代术的标准治疗方案。目前，人们把更多的兴趣投向了全生物材料膀胱替代品的研究，而人工假体膀胱的研究进展缓慢。或许将生物材料与人工材料结合能够解决不同材料带来的不同问题[10]。在未来多学科发展的前提下，尿流改道方式的发展应该是多样化发展的，而人工假体膀胱仍是一个值得考虑的方法。

2组织工程膀胱的发展

组织工程是一门交叉性学科，通过使用生物工程和生命科学理论来构建生物替代物，从而促进受损的组织或器官恢复、保持或提高功能。组织工程重建有两种主要的方法：第一种方法是通过使用天然或合成的生物材料制成支架来促进体内原有细胞的重建过程;第二种方法涉及生物材料的细胞接种方法，通过构造的“新组织”植入宿主体内以完成重建过程。组织工程膀胱的最终目的是找出合适的支架材料和细胞来源，重新构建具有生理功能的膀胱组织[11]。

2.1过去的经验从NEUHOFF于1917年首先报道用游离的组织片代替部分膀胱获得成功开始，快速发展的组织工程为泌尿重建技术提供了广阔的前景。过去的组织工程膀胱技术使用的是第一种方法，通过使用天然或合成的材料制成支架来促进体内原有细胞的重建。

1963年，TSUJI等[12]使用经福尔马林固定的狗的膀胱为10例因膀胱癌已经实施膀胱近全切或根治性膀胱切除术的患者进行膀胱重建。这种经过处理的狗的膀胱为患者自身组织生长提供了暂时的支架，2～3周后取出支架。术后1例患者除了有轻度压力性尿失禁外，他的重建膀胱和后尿道整体状况良好并获得满意的膀胱功能。但是，其他患者膀胱重建后，膀胱功能恢复并不理想，并且新膀胱容量下降。此外，这些患者术后常发生输尿管口狭窄、尿失禁和膀胱输尿管返流等症状。

在1975年，KELAMI等[13]使用了人硬脑膜对34例患者(6例膀胱挛缩和28例膀胱恶性肿瘤)进行膀胱成形术。这种大小为6 cm×14 cm的冻干的人硬脑膜主要是作为组织生长的基质。硬脑膜在10～12周后就被完全吸收，随访2～6年。术后膀胱镜下观察，这些患者再生的尿路上皮和原有的上皮并无任何区别。重建的膀胱血运较好也无挛缩的迹象。但是，对死于随访中的患者的尸检发现重建膀胱却无平滑肌再生的迹象。

2011年，MOON等[14]报道了1例使用牛心包修复肠膀胱瘘的病例。这位患者既往有放疗史、多次开腹手术史以及长期留置导尿管。因为切除瘘管后膀胱缺损很大，所以如果不做膀胱扩大成形术的话是很难闭合膀胱的。但是作者并未提供任何关于膀胱容量和膀胱顺应性的数据，因此，这项实验的结果受到了质疑。需要进一步的研究证明牛心包膜作为膀胱扩大成形术支架材料的安全性和有效性。

2.2新的观点2006年，ATALA等[15]首先将种植有细胞的支架应用于泌尿重建上，此实验是为7例患有脊髓脊膜膨出和终末期膀胱疾病的年轻患者构建膀胱壁。他们的平均年龄为11岁，膀胱壁的替代物是在利用体外用胶原或胶原和聚乙醇酸的复合物加上自体尿路上皮细胞以及平滑肌细胞培养而成的。患者术后平均随访时间是46(22～61)个月。结果显示，2例使用种植有细胞并有网膜覆盖的胶原-PGA复合物支架进行膀胱重建的患者，术后随访表现出膀胱顺应性增加、终末充盈压下降、容量增加。2例患者膀胱镜活检显示重建的膀胱壁有着正常的形态和结构，组织工程生成的组织和原有膀胱壁间的界线极其难以区分[15]。但应注意的是，仅在2例患者身上取得了满意的结果(28.6%)。其余的5例患者未获得足够的膀胱容量和膀胱顺应性，这意味着他们的新膀胱壁是可能由纤维组织而非肌肉组织构成的。因此，这些患者膀胱顺应性低，需要进行间歇性导尿。不过，这个研究也表明了通过组织工程技术获得的膀胱是可以安全地植入患者体内的，但是为了获得有功能的膀胱仍需进一步的实验和临床研究。

2012年，CAIONE等[16]将不含有细胞的胶原基质用于5例平均年龄为10.4岁的患儿，进行膀胱扩大成形术。研究将5 cm×4 cm的小肠黏膜下膜制成钻石状并移植入膀胱，吻合处喷洒纤维蛋白胶，扩大的膀胱用膀胱周围软组织或网膜覆盖。结果显示，5例患者术后6个月膀胱容量和顺应性略有改善。术后6个月行膀胱镜活检显示，植入的膀胱具有正常的移行黏膜和稀疏平滑肌纤维、小神经干、血管的浆肌层。虽然这些患者术后膀胱容量和顺应性并未明显提高，也未获得明显的临床益处，但是这个研究也进一步证明了组织工程重建膀胱在这些患者身上还是可行的[16]。

组织工程领域的进步为泌尿重建学提供了巨大的前景。在过去的20年间，逐渐出现了数种膀胱壁替代物。大量实验证明，细胞的存在是重建膀胱获得足够组织结构和功能的必要前提。这些与支架一起植入的细胞发挥了多种功能，如强化了支架的机械性能；防止尿液渗透；分泌营养因子促进重建过程[11]。自体膀胱细胞是一种较好的选择，它可在体外扩增获得，通过植入支架后再移植入宿主体内，这样可以减少排异反应。但是，我们应该清楚，下尿路重建的主体大部分都是肌层侵犯的膀胱癌患者，如果使用自体膀胱细胞将有可能导致癌症扩散[17]。因此对于这些患者而言，干细胞的组织工程可以带来巨大希望，用于膀胱组织工程的自体干细胞可能的来源有骨髓、脂肪组织、皮肤和头发的毛囊。这些干细胞可以在宿主体内的组织环境下分化成膀胱细胞[18]。

总的来说，在生物工程和生命科学迅速发展的今天，组织工程技术开始频繁地用于泌尿重建中，我们有理由相信，在不久的未来，通过膀胱组织工程技术，我们能够实现无需实施肠道手术的替代膀胱的技术。

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(编辑王玮)

收稿日期：2015-05-31修回日期：2015-11-06

通讯作者:赵晓昆，教授，主任医师，硕士研究生导师. E-mail :hzhaoxiaokun50 @163. com

作者简介:何南(1987-)，男(汉族)，医师.研究方向：泌尿系肿瘤. E-mail:179403854@qq.com

中图分类号:R699.5

文献标志码:A

DOI：10.3969/j.issn.1009-8291.2016.03.024