据研究表明，在40岁至70岁之间的男性中，估计有50%的人患有某种形式的勃起功能障碍，约5%的人患有佩罗尼氏病（peyronie's disease，PD）。佩罗尼氏病通常是由性行为中的损伤引起的，它会损伤阴茎组织的纤维鞘，称为白膜，白膜是阴茎内的一层保护性组织，它排列着尿道，在维持勃起方面起着关键作用。而称为斑块的疤痕组织会导致弯曲或疼痛的勃起或阴茎缩短，可能需要手术治疗。近日，华南理工大学施雪涛等人利用水凝胶创造了一种人造组织，可以恢复猪的勃起功能。这种材料被称为人工白膜(ATA)，模仿阴茎中用于产生和维持勃起的白膜组织。•ATA具有仿生力学性能和生物相容性，可修复TA损伤•这种方法可以为未来的组织模拟制备提供一个通用平台
图|阴茎勃起过程中TA微观结构的变化及ATA在TA损伤修复中的应用综合考虑了水凝胶的机械性能、应变硬化特性、以及生物相容性、耐缝合性和血液相容性等特点，研究人员选择了三偏磷酸钠 (STMP) 交联聚乙烯醇 (PVA) 水凝胶来制备满足这些要求的ATA。STMP交联的 PVA 水凝胶具有优异的机械性能并提供缝合的可能性。同时，它们是血液安全的，可以在体内长期保持稳定。然而，关于其微观结构设计的报道仍然非常少见。TA中的双层卷曲纤维结构是其勃起功能的关键。因此，定向卷曲纤维结构的仿生制备是 ATA 的主要挑战。于此，研究人员将各向同性 PVA 水凝胶重塑成由平行弯曲纤维组成的双层弹性贴片。类似于天然 TA 中卷曲结构的顺序响应，弯曲的纤维首先拉直以吸收应变，然后拉伸以诱导软到硬的转变。使用冻融循环和盐析法生成的随机网状纤维在拉伸后具有清晰的方向，并在 STMP 交联后继续保持这种方向。使用 STMP 交联，通过将两个各向异性 PVA 水凝胶连接在一起获得仿生 ATA。结果表明，ATA 显示出类似于天然 TA 的应变硬化特性，并且其爆裂压力远高于勃起期间的海绵体内压力。ATA在单轴拉伸试验中表现出与猪TA类似的J型应力-应变曲线。另外，ATA 卓越的缝合性能使其成为临床使用的有吸引力的选择。此外，研究人员还检查了 ATA 的两层排列对阴茎硬度的影响。然后，在体外和体内提出了 ATA 的生物相容性、抗血栓形成特性和长期稳定性。最后，ATA 被用于小猪 TA 损伤模型。损伤部位ATA缝合后阴茎勃起恢复正常，远期预后良好。综上所述，使用简单的拉伸交联程序，研究人员制备了具有仿生双层结构的 ATA。此外，大多数承重软组织都有对齐但卷曲的纤维。这种结构和相应的机械性能对其生理功能至关重要。因此，构建 ATA 的策略可以扩展到各种材料和其他承重组织的仿生结构，如血管、肠、角膜、膀胱、肌腱和心肌。应变硬化材料可以表现出与相邻组织的顺应性，并在大变形时增强应变限制能力和功能稳健性，这也可能激发电子皮肤、可穿戴设备或植入式传感器的设计。还有，可以设计流体驱动的软体机器人，通过对材料或形状进行编码，将内部压力转化为特定的运动。哺乳动物的阴茎由血流控制以实现快速的软硬转换，这种仿生 ATA 可能会激发流体驱动软体机器人的发展。MuyuanChai, et al., Bionic Artificial Penile Tunica Albuginea, Matter (2023).DOI:10.1016/j.matt.2022.11.032.https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(22)00663-4
