DOI:10.1016/j.msec.2020.110810

使用组织工程支架修复和再生组织是再生医学的最终目标。尽管该领域发展迅速，但尿道组织工程方法仍然不足以复制天然尿道组织，因为现有支架的生物活性不足，特别是对于需要大型组织工程支架的大型组织缺损。在此，研究者描述了明胶功能化聚乳酸（PLLA）管状纳米纤维支架在尿道重建中调节上皮细胞（ECs）和平滑肌细胞（SMCs）表型表达的有效性。采用静电纺丝法制备了具有层次结构的柔性PLLA/明胶管状纳米纤维支架。PLLA/明胶纳米纤维支架具有增强的亲水性，显著促进了新西兰兔自体内皮细胞和平滑肌细胞的粘附、定向伸长和增殖。与纯PLLA纳米纤维支架相比，PLLA/明胶纳米纤维支架能上调内皮细胞角蛋白（AE1/AE3）和平滑肌细胞肌动蛋白（α-SMA）的表达，并促进弹性蛋白的合成。3个月的新西兰兔尿道支架置换实验表明，管状细胞化PLLA/明胶纳米纤维支架维持了尿道通畅，促进了平滑肌细胞定向重塑、管腔上皮化和血管生成。研究者观察的结果表明纳米形态和仿生支架的协同作用，可以有效促进尿道再生。

图1.PLLA/明胶纳米纤维支架的性能研究。具有不同亲水性的PLLA（a和d）、75:25 PLLA/明胶（b和e）和50:50 PLLA/明胶（c和f）纳米纤维支架的扫描电子显微照片（a-c）和用于测量接触角的水滴照片（d-f）。各种纳米纤维支架的平均纤维直径直方图（g）和静态水接触角（h）。比例尺5μm。

图2.支架的体外细胞相容性。接种后12 小时，在PLLA，75:25 PLLA/明胶和50:50 PLLA/明胶纳米纤维支架上的ECs和SMCs的代表性扫描电子显微图（a）。比例尺为50μm。接种后24、48和72小时，每个纳米纤维支架上的ECs（b）和SMCs（c）的数量（n=6/mm2面积）。通过CCK-8分析（d）确定每个纳米纤维支架上ECs和SMCs的细胞活力。

图3.体外细胞表型表达和ECM合成。细胞化支架的免疫荧光染色图像，接种后72小时，在ECs（a-c）中对角蛋白（AE1/AE3，绿色）、弹性蛋白（红色）和细胞核（蓝色）染色，在SCMs（d-f）中对肌动蛋白（α-SMA，绿色）、弹性蛋白（红色）和细胞核（蓝色）染色。比例尺为60μm。（要解释该图例中对颜色的引用，请参阅本文的web版本。）

图4.细胞化管状自体支架和支架移植步骤。接种后7天，每个细胞化管状自体支架的横截面的扫描电子显微图和荧光显微照片（a）。左图，比例尺为1 mm。右图，在管状纳米纤维支架的横截面上，对ECs中的角蛋白（AE1/AE3，绿色）和弹性蛋白（红色）染色，对SMCs中的肌动蛋白（α-SMA，绿色）和弹性蛋白（红色）染色。比例尺为400μm。通过端对端吻合术（b）将细胞化的管状自体PLLA/明胶纳米纤维支架（长2.2cm）缝合至尿道缺损部位。（要解释该图例中对颜色的引用，请参阅本文的web版本。）

图5.细胞化管状自体支架的手术效果。移植后第2、4、6、8、10和12周的兔尿流分析（a）。术后3个月，每组兔的尿道平均直径（n=3，p<0.01）（b）。术后3个月，每组的排泄膀胱尿道造影（c）。

图6.植入兔的管状自体支架的组织学分析。低倍镜下移植后90天，在尿道缺损处植入的自体移植物中段的苏木精和伊红显微照片（a-c）和Masson三色显微照片（d-f）。胶原蛋白（蓝色）和平滑肌（红色）。40×放大倍数下，上皮组织（红色）、平滑肌组织（绿色）和细胞核（蓝色）染色的同一横截面的荧光显微照片（g-f）。比例尺：1 mm（a-f）和50μm（g-f）。（为了解释本图例中对颜色的引用，请参阅本文的web版本。）

图7.移植部位的新血管形成。移植后30天，将自体和组织工程支架移植物植入兔尿道缺损模型中。根据VWF阳性表达的代表性荧光图像计数血管密度（a）。 VWF（绿色）在自体移植（b）、组织工程化的75:25 PLLA/明胶（c）和PLLA（d）植入部位的阳性表达的代表性荧光图像。细胞核（蓝色）。比例尺为60μm。（为了解释本图例中对颜色的引用，请参阅本文的web版本。）