哺乳動物白膜(tunica albuginea，TA)的特征是由層疊的平行波狀膠原纖維構成的雙層正交結構。在勃起過程中，這些纖維經曆連續的拉直和拉伸，以調節軟到硬的過渡。

2023年1月4日，華南理工大學施雪濤課題組在Matter (IF=20)雜誌在線發表題為“Bionic artificial penile Tunica albuginea”的研究論文，受天然TA微妙的應變自適應結構的啟發，該研究提出了一種由排列但卷曲的纖維組成的應變加強水凝膠組成的人工TA (artificial TA，ATA)。這種微妙的結構是通過拉伸各向同性聚乙烯醇凝膠，然後進行共價交聯而產生的。ATA具有天然TA的幾個關鍵力學特征，包括在小變形間隔內的快速應變硬化，優異的抗疲勞性能，以維持循環爆發，以及高韌性，以承受縫合期間的點針。此外，ATA在豬模型中顯示了修複損傷和恢複TA損傷陰莖組織正常勃起功能的能力。

總之，這項研究表明ATA在陰莖損傷修複方麵有很大的前景。

白膜(TA)是一種堅韌而富有彈性的組織，覆蓋在陰莖海綿體上。它是由外層縱向層和內層圓形層組成的雙層結締組織TA的主要成分是卷曲平行的膠原纖維，以及嵌入其中的彈性纖維。在陰莖勃起過程中，TA的正交纖維結構作為一種流體靜力骨架起著至關重要的作用，在勃起之前，TA的纖維是卷曲的，這使得陰莖具有很大的靈活性。隨著陰莖勃起，TA的纖維被拉直，提供了強大的抗變形能力。

TA可能因佩羅尼氏病(Peyronie病，也稱陰莖纖維化)、損傷和/或衰老而受損，導致陰莖彎曲、勃起疼痛和性交困難等問題，這通常需要手術治療在大多數情況下，簡單的去除纖維斑塊會導致陰莖縮短。在去除纖維斑塊後植入貼片移植物可減少陰莖縮短目前報道的TA斑塊主要由自體組織和細胞外基質(extracellular matrix, ECM)組成。有學者建議用自體鞘、小腸粘膜下層、心包、肌筋膜、或豬膀胱ECM製作TA貼片這些TA貼片取得了一定的成功，但也有一些不可避免的缺點，包括免疫排斥、供體部位並發症和移植物收縮此外，它們的微觀結構與天然TA有很大的不同，增加了保持TA力學和形態要求的難度，這些結構不能實現正常勃起功能的恢複。

水凝膠與來自自然組織的ECM相比有許多優點。它們可以由具有不同性能的各種原料合成，具有確定的組成，並具有可調的機械性能。更重要的是，水凝膠可以配備定向纖維，以模擬天然TA的雙層微結構。例如，機械訓練已被廣泛用於生產水凝膠定向纖維，用於修複各種組織和器官，包括肌肉肌腱、骨膜和心肌然而，這些水凝膠大多含有完全伸直和定向的纖維，不具有類似於TA的應變加強性能。在實際應用中，這種力學不匹配可能會影響水凝膠的有效性。

除了應變強化特性外，所設計的TA貼片還應具有生物相容性、抗縫合性和血液相容性。施雪濤團隊選擇了三偏磷酸鈉(sodium trimetaphosphate, STMP)-交聯聚乙烯醇(polyvinyl alcohol, PVA)水凝膠來製備符合這些要求的人工TA (ATA)。STMP交聯PVA水凝膠具有優異的力學性能，為縫合提供了可能。同時，它們是血液安全的，可以在體內長時間保持穩定然而，關於其微觀結構設計的報道仍然非常罕見。

TA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製備是ATA的主要挑戰。在這項研究中，研究人員將各向同性PVA水凝膠改造成由平行彎曲纖維組成的雙層彈性斑塊。與自然TA中卷曲結構的順序響應相似，彎曲纖維首先伸直以吸收應變，然後拉伸以誘導軟到硬的轉變。采用STMP交聯技術，將兩種各向異性PVA水凝膠連接在一起，得到了一種仿生ATA。

研究表明，ATA表現出與天然TA類似的應變強化特性，並且其爆破壓力遠高於勃起過程中的海綿內壓力。此外，ATA優越的縫合性能使其成為臨床使用的一個有吸引力的選擇。不僅如此，研究人員檢查了ATA的兩層排列對陰莖硬度的影響。在體外和體內研究了ATA的生物相容性、抗血栓性和長期穩定性。最後，研究人員將ATA應用於巴馬豬TA損傷模型。損傷部位ATA縫合後陰莖勃起恢複正常，遠期預後滿意。

綜上所述，該研究利用簡單的拉伸-交聯方法，製備了具有仿生雙層結構的ATA。凍融循環和鹽析法生成的隨機網狀纖維拉伸後取向清晰，STMP交聯後仍保持這種取向。ATA在單軸拉伸試驗中表現為J型應力-應變曲線，與豬TA相似。體內和體外實驗表明， ATA具有生物相容性，對豬TA損傷有積極作用。這種ATA代表了一種改善結果和減少與TA損傷修複相關的急性和長期並發症的新方法。

原文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.matt.2022.11.032

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