组织工程尿道是指由支架材料、种子细胞以及其植入环境中互作分子组成的微环境共同构成的类似于尿道组织的组织工程材料（图1）。
图1. 组织工程尿道各组分示意图[9].
1. 支架材料的分类
支架材料的出现弥补了自体组织的缺陷，并广泛应用于尿道修复领域。目前，组织工程中使用的支架材料主要有两种类型：脱细胞基质（ACTM）和人工合成支架材料。脱细胞基质是指通过严格的去细胞处理去除组织中包含的各种异源细胞、DNA和抗原物质后，完全保留了细胞外基质的形态、组织超微结构的一种支架材料，主要有：脱细胞真皮基质（ADM）、脱细胞心包膜(APC)、猪小肠黏膜下层（SIS）等[4]；脱细胞基质支架具有较好的生物相容性，但其机械性能往往受限。
人工合成材料具有实现调控因子的定向缓释和机械性能精准调控的优势。但因其人工合成的异物特性，其生物相容性相对较差。常用的合成材料包括聚乳酸（PLA）、聚己内酯（PCL）、聚乙醇酸（PGA）、聚乙二醇（PEG）和氧化细菌纤维素（OBC）等[5,6]。通过控制合成支架的机械性能（刚度、孔结构、表面形貌、降解速率等），可以制造出具有三维结构的支架，其能够促进血管生成和局部细胞增殖，并调节组织工程尿道移植后重建的免疫修复过程 [7]。
2. 种子细胞的分类
种子细胞是指人工负载在支架材料上，与宿主的局部修复环境相互作用，并通过增殖和分化促进局部尿道修复的功能细胞。最常用的种子细胞类型包括体细胞、胚胎干细胞（ESCs）、诱导多能干细胞（iPSCs）和间充质干细胞（MSCs）。
从口腔黏膜、膀胱和血管组织中提取的体细胞可作为种子细胞被应用于尿道组织工程。但是由于其组织学起源不同，原始生长模式与所需尿道重建模式不一致导致作为种子细胞使用的体细胞可能会失去其细胞活性，并且修复效果有限。
胚胎干细胞和诱导多能干细胞是从胚胎组织中分离或通过人工重编程获得的具有多能干性的种子细胞。虽然其多能性和增殖能力使得其能够迅速增殖并且更容易分化为尿道细胞，但其多能性和增殖能力也增加了遗传不稳定性和更高的致瘤风险。
间充质干细胞，也称为成体干细胞（包括从骨髓、脂肪组织、毛囊和脐带中提取的干细胞）。因其来源广泛，免疫原性低，免疫排斥反应罕见及其优秀的细胞干性而被广泛用于尿道组织工程再生。在所有种类的MSCs中，脂肪衍生干细胞（ADSCs）的易提取性和对宿主的低侵袭性使其在各种种子细胞中脱颖而出。
从2003年到2023年，仅有15项研究集中于组织工程尿道的临床应用。Anthony Atala及其同事的RCT结果表明使用组织工程尿道重建结果与重建时的尿道环境有关（既往手术次数）。他们招募了30名患者，并将其分为两组：健康尿道组（少于2次手术）和不健康尿道组（超过2次手术）。在健康尿道组中，10名患者接受了颊黏膜移植（BMG）重建，成功率（SR）为100%（10/10），9名患者接受了脱细胞膀胱基质（ABM）重建，成功率为89%（8/9）。在不健康尿道组中，5名患者接受了BMG重建（SR：100%，5/5），6名患者接受了ABM重建（SR：33%，2/6）。
猪小肠黏膜下层（SIS）、牛心包补片、组织工程颊黏膜和脱细胞膀胱基质已被用作临床试验中的尿道重建材料。在过去的二十年中，最常用的组织工程尿道是小肠黏膜下层（SIS），其成功率范围为22%至100%。随着细胞培养技术的发展，商业化的组织工程尿道产品已经在不同人群中验证了其可行性。MukoCell®是一种特殊的商业化组织工程尿道产品，其首先从口腔黏膜中收集，然后在可生物降解的支架上进行体外培养。在平均随访时间为24至55个月的情况下，其重建成功率超过65%。总之，组织工程尿道的临床应用已经从脱细胞支架（SIS）发展到负载种子细胞的可降解生物支架（MukoCell®）。总之，目前相关临床研究的设计受限，大多数研究是观察性研究，只有1项研究采用了随机对照试验设计。因此，组织工程尿道的临床应用仍然需要更大规模的临床试验、更新材料的使用（如种植多种细胞或在生物反应器中培养的外泌体合成支架），以及更加合适的研究设计来推进[8]（图2、3）。
图2. 组织工程尿道构建[10].
图3. 组织工程尿道用于长段狭窄病人的重建[10].
参考文献：
1. Verla, W., et al., A Comprehensive Review Emphasizing Anatomy, Etiology, Diagnosis, and Treatment of Male Urethral Stricture Disease. Biomed Res Int, 2019. 2019: p. 9046430.
2. Lumen, N., et al., European Association of Urology Guidelines on Urethral Stricture Disease (Part 1): Management of Male Urethral Stricture Disease. Eur Urol, 2021. 80(2): p. 190-200.
3. Wessells, H., et al., Male Urethral Stricture: American Urological Association Guideline. J Urol, 2017. 197(1): p. 182-190.
4. Bonferoni, M.C., et al., Biomaterials for Soft Tissue Repair and Regeneration: A Focus on Italian Research in the Field. Pharmaceutics, 2021. 13(9).
5. Bakhshandeh, B., et al., Tissue engineering; strategies, tissues, and biomaterials. Biotechnol Genet Eng Rev, 2017. 33(2): p. 144-172.
6. Tang, K.Y., et al., Modified Bacterial Cellulose for Biomedical Applications. Chem Asian J, 2022. 17(19): p. e202200598.
7. Whitaker, R., et al., Immunomodulatory Biomaterials for Tissue Repair. Chem Rev, 2021. 121(18): p. 11305-11335.
8. Leng W, Li X, Dong L, Guo Z, Ji X, Cai T, Xu C, Zhu Z, Lin J. The Regenerative Microenvironment of the Tissue Engineering for Urethral Strictures. Stem Cell Rev Rep. 2024 Apr;20(3):672-687.
9. Pederzoli F, Joice G, Salonia A, Bivalacqua TJ, Sopko NA. Regenerative and engineered options for urethroplasty. Nat Rev Urol. 2019 Aug;16(8):453-464.
10. Barbagli G, Akbarov I, Heidenreich A, Zugor V, Olianas R, Aragona M, Romano G, Balsmeyer U, Fahlenkamp D, Rebmann U, Standhaft D, Lazzeri M. Anterior Urethroplasty Using a New Tissue Engineered Oral Mucosa Graft: Surgical Techniques and Outcomes. J Urol. 2018 Aug;200(2):448-456.
撰稿：冷汶远
审校：郝 瀚
排版：袁昌巍
