科技日报记者 叶青

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材料的性能与结构息息相关，那么能否通过模拟天然组织的微观结构，实现对组织机械性能的仿生？

基于这一科学猜想，华南理工大学材料科学与工程学院施雪涛教授研究团队报道了一种微结构仿生的人造白膜补片，通过合成水凝胶模拟了天然白膜双层弯曲取向的纤维结构，得到了与天然白膜相似的力学特性，并在巴马猪阴茎白膜缺损模型中取得了良好的修复效果，恢复了巴马猪的雄性功能。相关研究成果于1月4日在线刊发于材料学期刊《物质》。

找到白膜缺损的新型治疗方案

阴茎中没有骨骼，由白膜和充血的海绵体共同作用，构成流体静力学骨骼系统，从而抵抗外界压力，以完成性交，健康且完整的白膜在勃起过程中发挥着至关重要的作用。

“白膜是一种双层结缔组织，由外纵层和内环层组成。主要成分是卷曲和平行的胶原纤维，以及嵌入其中的弹性纤维。在勃起之前，白膜的纤维是卷曲的，这使得阴茎可以弯曲和扭曲，具有很大的灵活性。随着阴茎的充血和勃起，白膜的纤维被拉直，提供了强大的抵抗变形的能力。”在研究过程中，施雪涛和团队发现了阴茎白膜的独特结构以及这种结构在阴茎勃起中发挥的作用，因此决定将其作为承重结缔组织的代表进行研究。

目前，几乎所有已报道的白膜补片都是由天然组织制备的。构建具有卷曲定向纤维的人造白膜是研究中最为挑战的。研究团队首先将聚乙烯醇溶液经历多次冷冻-融解循环，制成多孔的、各向同性的水凝胶片。所得水凝胶经过干燥-复水后，可以得到类似于天然白膜的弯曲定向的纤维结构。并选择在巴马猪阴茎白膜缺损模型中进行修复效果的验证。

“未植入人工白膜直接缝合组勃起后阴茎呈明显的弯曲状态，导致其无法顺利完成交配。植入人工白膜组几乎未见明显的弯曲，其勃起后状态与对照组几乎一致，说明人造白膜可以在植入后立即发挥类似天然白膜的功能。”施雪涛介绍，“手术后一个月，经研究发现，人造白膜组恢复较好，同时未见明显的异常纤维化区域，说明长期恢复效果较好。”

“体内和体外实验表明，这一人造白膜材料具有良好的生物相容性，对猪白膜的损伤修复表现出良好的预后效果。这种人工白膜代表了一种针对白膜缺损的新型治疗方案，可以减少与白膜损伤修复相关的急性和长期并发症。”施雪涛说。

服务临床研究还需深入

“目前的临床治疗方案均难以取得令人满意的预后效果，亟需提出一种效果优异、副作用轻微的治疗方案。”施雪涛表示，他们的研究正是针对由于外伤或退行性病变导致的白膜缺损、异常纤维化等临床问题而提出的。

这一研究成果是否能很快转化到临床应用呢？“目前的研究结果表明，我们报道的人工白膜有很好的应用前景。但要转化到临床应用，还需要做大量的验证性工作。”施雪涛阐释道，首先，由于白膜中几乎没有细胞存在，自修复能力较差，需要材料长期服役，需要保证材料的长期有效性，这个“长期”至少3-5年。其次，需要系统研究人工白膜的生物相容性，如果由于排异反应，在植入部位产生了纤维化，可能导致阴茎硬结症的复发。最后，还需要改进人造白膜的使用方式。

“目前主要针对的是单一组织类型进行研究，未来，我们希望对男性生殖系统进行系统化的研究，以期实现阴茎和睾丸器官层面的功能模拟和体外重建。”施雪涛透露。