四川大学华西医院生物治疗国重干细胞与组织工程研究室/骨研所解慧琪教授团队：膀胱功能重建新型材料——原花青素交联小肠黏膜下层补片
四川大学华西医院生物治疗国家重点实验室干细胞与组织工程研究室/骨科研究所解慧琪研究员团队于2021年6月在Bioactive Materials（影响因子14.593，JCR “生物医学工程”类别89种期刊排名第2位，JCR “材料科学、生物材料”类别47种期刊排名第4位）发表文章“Procyanidins-crosslinked small intestine submucosa: A bladder patch promotes smooth muscle regeneration and bladder function restoration in a rabbit model”（长按下方二维码即可阅读全文）。
膀胱作为储尿和排尿器官具有重要的生理功能。多种原因导致的膀胱损伤均需要进行膀胱重建。临床膀胱缺损修复的“金标准”为胃肠代膀胱术，但往往伴发一系列并发症，如慢性感染、代谢紊乱、结石产生等。组织工程技术为膀胱修复重建提供了新的解决方案，现有膀胱组织工程移植物存在平滑肌再生困难、挛缩及结石形成等问题，目前尚无膀胱组织工程产品应用于临床。生物源性材料猪小肠黏膜下层（small intestinal submucosa，SIS）是组织修复再生研究中应用广泛的支架材料。我们的前期研究表明，SIS用于膀胱修复重建可实现有序的上皮再生，但平滑肌再生效果较差，并存在结石产生等问题，严重限制了SIS的临床转化应用。因此，亟待对SIS进行功能化修饰，以促进膀胱再生和功能重建。
交联是提高材料力学性能及稳定性的常用工艺手段，对于SIS而言，交联可以通过表面修饰的方法扩大其应用范围。原花青素（procyanidins，PC）作为一种生物源性交联剂，具有抗氧化、抗钙化及抗炎等多种生物学功能，并且其代谢路径及生物安全性均已被验证。PC的酚羟基可以与胶原的酰胺羰基结合形成氢键，提高材料的力学稳定性。基于此，我们提出PC交联剂的引入可以提升SIS的生物学特性，并赋予其新功能，使其更符合临床对膀胱修复补片的要求。在本研究中，我们制备了不同交联浓度的补片材料，在体外评价了其生物学性能，并进一步探索其作为兔膀胱全层缺损补片的应用潜能。
该研究以SIS为基底材料，应用不同浓度的PC对其进行表面修饰及改性。为了筛选合适的交联剂浓度，在体外进行了交联度、力学性能及生物相容性等表征及评价，结果表明0.5 mg/mL（PC-SIS 1）和1 mg/mL（PC-SIS 2）既可以形成有效交联且具有良好的生物相容性 （图1）。
图1 PC交联浓度的体外筛选
我们进一步评价交联材料对膀胱平滑肌细胞生物学特性的调控效应，将原代提取的膀胱平滑肌细胞接种于不同交联浓度的材料上，对其骨架形态、微观形貌及基因表达水平进行分析表征。细胞的表观及微观形貌表明，PC-SIS材料更利于平滑肌细胞“簇向”生长，且维持平滑肌细胞功能的基因表达水平显著高于SIS组（图2）。
图2 交联材料对平滑肌细胞的影响
为了进一步验证该新型活性生物材料在膀胱组织工程中的应用潜能，我们构建了占兔膀胱总面积1/3的全层缺损模型，并应用不同交联浓度的材料进行体内修复评价。术后3个月取材后进行形态学及功能学评价，结果显示，修复区上皮组织均可实现连续再生，且上皮功能性标记物UPK-Ⅲ在各组均有表达，相较于单纯SIS组，交联材料显著促进了平滑肌组织的再生。同时，修复区均可观察到血管及神经的再生（图3）。膀胱尿动力学功能评价表明PC-SIS能够显著增强膀胱顺应性（图4）。
图3 假手术及实验组术后12周膀胱缺损区域免疫荧光染色及半定量分析
图4 超声及尿动力分析评价膀胱功能
PC-SIS材料具有良好的生物相容性、力学性能及抗钙化活性。在兔膀胱全层缺损模型中，PC-SIS补片能够有效促进平滑肌再生，改善膀胱顺应性，膀胱修复后功能评价显著优于SIS组，这种新型活性生物材料具有广阔的临床应用前景。期待该类生物材料可以得到深入的研究和开发，以推动动物源性脱细胞生物材料在组织修复领域的更大发展及应用。
专家点评
王坤杰教授：膀胱修复重建是泌尿外科的临床难题之一。现有修复材料存在平滑肌再生困难、移植物挛缩及结石形成等一系列问题。本研究针对膀胱修复重建过程中平滑肌再生困难这一临床难题，将具有抗氧化、抗钙化及抗炎等多种生物学活性的天然产物PC与生物源性脱细胞支架材料SIS通过交联反应制备PC-SIS修复补片材料。PC-SIS在体外呈现出良好的生物相容性及力学稳定性，能够促进膀胱平滑肌细胞功能维持；兔膀胱全层缺损修复实验表明PC-SIS补片可有效促进膀胱平滑肌的再生，对于膀胱功能化重建意义重大，为膀胱组织工程支架材料研发提供了新方案。
王坤杰，四川大学华西临床医学院/华西医院副院长，华西医院泌尿外科研究所修复重建研究室主任，任中华医学会泌尿外科学分会全国委员、中华医学会泌尿外科学分会尿控学组副组长、中国医师协会泌尿外科医师分会修复重建学组副组长、中国医师协会泌尿外科分会全国青年委员会候任主任委员、中华医学会西南泌尿系结石防治中心副主任、四川省医学会泌尿外科专业委员会候任主任委员、四川省医师协会泌尿外科专业委员会副主任委员。擅长泌尿系结石的治疗，泌尿系修复与重建，对尿道狭窄、尿道成形手术有丰富经验，获四川省科技进步一等奖。负责国家自然科学基金面上项目 5 项，省部级课题 8 项。获国家专利 2 项，第一作者和通信作者发表 SCI 论文 89 篇。荣获 2016 中华医学会泌尿外科学分会郭应禄泌尿外科青年医师奖，是 CUA《泌尿系统结石诊疗指南》及《泌尿系统损伤诊疗指南》的作者。
作者投稿心得
基于课题组前期对生物源性支架材料SIS的研究以及软组织修复相关产品开发的研究背景，在导师解慧琪研究员的指导下，针对软组织修复再生过程中平滑肌再生困难的瓶颈问题，作者以SIS为基底材料，构建了PC修饰的PC-SIS补片，将其应用于膀胱全层缺损的修复。
本研究发表在生物材料方向期刊Bioactive Materials，创刊于2016年，是一本年轻的高起点期刊，涵盖生物活性材料的所有方面，包括但不限于生物活性金属及合金，生物源性支架材料，生物活性聚合物及凝胶，生物活性无机材料如陶瓷、玻璃和碳基材料等。期刊对天然来源的生物活性支架材料比较友好，对文章质量要求较高。文章投出后3个半月即收到3位同行评审意见，其中1位专家给予极大的肯定，另外2位专家针对文章内容提出一系列问题，其中1位审稿专家建议修复区域血管化新生检测指标有待进一步完善，修改周期为1个月。作者根据意见重新查阅文献，逐条进行详细回复，并用已有数据对血管化再生结果进行进一步论证，回复审稿意见半个月后文章最终顺利发表。
本研究得到国家重点研发计划（2017YFC1104702）、四川大学华西医院学科卓越发展1·3·5工程项目（ZYJC18002）的资助。感谢华西医院及科研基地公共研究平台对本研究的大力支持以及相关领域专家的帮助。
通信作者
解慧琪，医学博士，研究员，博士生导师，四川大学华西医院生物治疗国家重点实验室干细胞与组织工程研究室主任，骨科研究所副所长。主要从事细胞外基质材料与组织再生修复研究及产品转化、成体干细胞与组织工程学研究，作为项目负责人主持完成30余项国家及省部级科研项目，以第一/通信作者发表论文80余篇。密切联系临床实际，专注研发具有自主知识产权的组织再生修复产品，以第一发明人申请国家发明专利30余项，授权20余项，PCT专利2项。研究团队将研究成果成功进行产业转化，已有5项生物材料与组织工程产品获得国家Ⅲ类医疗器械产品注册证，已上市用于临床惠及百余万患者。目前尚有多个产品正在进行临床试验。
第一作者
张秀珍，四川大学华西医院专职博士后，指导老师解慧琪研究员，主要研究方向为膀胱修复与再生。
共同第一作者
江燕林，四川大学华西医院干细胞与组织工程研究室技术人员，主要负责动物手术、病理切片及染色等。
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本文编辑：王 雁
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寄 语
四川大学华西临床医学院/华西医院院长 李为民
早在1980年，当时的四川医学院附属医院精神科刘协和教授在British Journal of Psychiatry上发表题为“Mental-health Work in Sichuan”的论文，开启四川大学华西医院SCI论文发表之先河。2001年5月，华西医科大学附属第一医院更名为四川大学华西医院。此后，我院SCI论文发表数量逐年增长，2018年我院师生以第一作者身份发表SCI论文达到1504篇。2018年3月，四川大学临床医学学科领域首次排名进入前1‰行列，根据被引频次排序，排名世界第411位，国内第8位。2014~2018年期间，我院师生以第一作者身份发表在顶级期刊（Nature、Science、Cell、NEJM、JAMA、Lancet）和学科排名前5%期刊的论文达308篇。经过近20年的发展，四川大学华西医院通过建制度、搭平台、聚人才走出了一条具有自身特色的科研创新之路。
为了进一步提升学科影响力，医院科技部牵头启动“大刊论文解读”项目。一为促进研究成果传播、转化与应用，提升华西研究的影响力；二为介绍研究在选题、设计、实施、分析、报告、投稿中的体会，促进全院师生提升研究能力，更多发表高水平论文；三为介绍研究团队、学科，促进院内外广泛的交流与合作。
该项目首期精选了我院师生2016~2018年期间发表在学科排名前5%期刊的论文，邀请作者团队进行解读，同时邀请国内外同行专家进行点评，挖掘研究的背景和意义、方法的创新与特色、成果的应用和转化价值。通过医院门户网站、“华西微家”、期刊社门户网站和“华西医学时间”公众号发布，并在《华西医学》杂志开辟专栏刊载优秀论文的深度解读。后期，还将通过组织学术沙龙、论坛等形式搭建面对面交流的平台，促进学术交流与学科交叉融合。
希望通过以上举措提升我院临床创新能力，特别是临床研究水平和加快转化应用，推进世界一流学科的建设步伐，更好应对国家经济社会发展的新需求和人民群众对医疗健康服务的新需要。
华西期刊社简介
四川大学华西医院华西期刊社成立于2006年，出版有14种医学科技期刊（9种中文和5种英文），其中SCI收录期刊2种，ESCI收录期刊1种，EI收录期刊1种、MEDLINE收录期刊4种、CSCD收录期刊7种、北大中文核心期刊要目总览收录期刊6种。华西期刊屡获“中国出版政府奖期刊奖”“中国百种杰出学术期刊”、“中国精品科技期刊”、“中国最具国际影响力学术期刊”等殊荣。1种期刊入选“中国科技期刊卓越行动计划——领军期刊”项目，2种期刊入选“中国科技期刊国际影响力提升计划——D类（现：中国科技期刊卓越行动计划——高起点新刊）”项目。在国家双一流建设背景下华西期刊社加快推进英文期刊建设，目前已与Nature、Wiley-Blackwell、Oxford University Press、BMC等国际一流出版集团建立了合作关系。