经过脂肪源性间充质干细胞和西地那非功能化的氧化石墨烯纳米支架，可促进尿道狭窄的修复和组织再生

《Tissue and Cell》：Graphene oxide nanoscaffold functionalized with adipose-derived mesenchymal stem cells and sildenafil promotes urethral stricture repair and tissue regeneration

纳米石墨烯/PEG-NH2/PCL支架联合ADMSCs和西地那非显著改善兔尿道狭窄模型的组织再生，减少纤维化，促进血管生成和上皮分化。

　　尿道狭窄是一种常见的、具有挑战性的泌尿系统疾病，其特征是尿道腔的纤维化狭窄，导致尿液排出受阻并降低患者的生活质量。当前的外科治疗方法往往伴随着较高的复发率和有限的组织再生能力。为了解决这些问题，研究人员开发了一种多功能治疗平台，该平台结合了纳米结构的氧化石墨烯支架（GO/PEG-NH?/PCL），并植入了人类脂肪来源的间充质干细胞（ADMSCs），同时配合口服西地那非的使用。这一综合策略在体外实验中证实了支架的生物相容性和对ADMSCs的持续支持作用，通过荧光显微镜观察，发现低浓度的GO不会影响细胞形态和增殖能力，细胞仍能保持纺锤形结构。在体内实验中，研究人员使用了兔模型模拟手术诱导的尿道狭窄，并比较了四个治疗组：对照组、狭窄组、支架+ADMSCs组和支架+ADMSCs+西地那非组。在治疗十周后，组织学和免疫组织化学评估显示，这种组合疗法显著恢复了尿道的结构和腔道通畅性。这一效果伴随着胶原沉积减少、平滑肌组织增强以及上皮分化标志物（如尿路上皮蛋白、桥粒连接蛋白）和前体细胞标志物（如CD117）的表达上调，同时纤维化介质MMP2的表达下调。定量评分表明，治疗组的纤维化和炎症水平接近正常组织。GO/PEG-NH?/PCL纳米支架不仅支持了ADMSCs的附着和分化，还通过西地那非的使用提供了额外的抗纤维化和促血管生成的调节作用。这些发现表明，该复合系统可能成为一种有前景的再生策略，用于功能性尿道修复，并在复杂尿道狭窄的管理中具有重要的临床转化价值。

尿道狭窄在泌尿科实践中非常普遍且具有破坏性，通常由医源性创伤、骨盆损伤、慢性感染或自身免疫性疾病如硬化性苔藓等引起。这种病理性的尿道狭窄主要影响老年男性，55岁以后发病率显著上升，高风险人群中报告的患病率约为0.6%。临床表现包括尿流减弱、膀胱排空不完全，以及更严重的并发症，如尿潴留、反复感染和继发于梗阻性尿路病的进行性肾功能障碍。尿道狭窄的高发病率和复发性使得其治疗成为一个重要的挑战。尽管尿道成形术和保守的内窥镜治疗方法如扩张或内尿道切开术仍是治疗的主要手段，但对长段和复杂尿道狭窄（≥3cm）的治疗效果仍然有限。即使尿道成形术在技术上成功，其复发率也可能达到15.6%，而内窥镜方法的成功率则在20%-30%之间。传统的重建手术通常依赖于自体移植物，如颊黏膜、皮肤或膀胱上皮，但这些方法受到供体部位并发症、移植物可用性受限以及移植物相关问题的影响。因此，组织工程（TE）作为一种能够复制尿道原生结构和功能的策略，正在成为功能性尿道再生的有力工具。

尿道组织工程的目标是通过结合生物相容性支架和再生种子细胞来重建尿道的结构和功能。然而，尽管取得了显著进展，临床转化仍然面临诸多挑战。一个关键的限制是未能完全恢复功能性尿路上皮并实现与宿主组织的正确整合。恢复上皮屏障、新生血管化、免疫调节以及与宿主组织的无缝整合对于持久的修复至关重要。因此，再生微环境——包括支架的物理特性和生物活性信号——在引导细胞行为和组织重塑中起着决定性作用。现代支架技术提供了一个三维的结构框架，使细胞能够附着、增殖和分化。其中，合成生物材料如聚乳酸（PLA）、聚己内酯（PCL）、聚乙醇酸（PGA）、聚乙二醇（PEG）以及氧化细菌纤维素（OBC）因其可调的生物降解性和机械性能而特别受到关注。优化支架的特性，如孔径、刚度、降解动力学和表面形貌，已被证明可以促进血管化、减少纤维化并增强免疫介导的再生反应。

在组织工程的成功中，种子细胞的选择同样至关重要。间充质干细胞（MSCs）因其多能性、免疫调节能力和旁分泌信号而成为主要候选。MSCs可以从多种来源中获取，包括骨髓、脂肪组织、脐带和尿液。其中，脂肪来源的间充质干细胞（ADMSCs）因其易于获取、高增殖潜力和稳定的表型特征而尤为突出。ADMSCs能够分化为尿道的关键成分，如尿路上皮细胞、平滑肌细胞和内皮细胞，并且与其他类型的MSC相比表现出更优的存活能力和分化潜力。其数量庞大，每年进行超过40万次脂肪抽吸手术，这进一步支持了其在临床中的可行性。毛囊来源的干细胞也显示出尿路上皮分化能力以及与膀胱来源基质的兼容性，尽管它们在临床前研究和转化研究中尚未得到充分应用。值得注意的是，不同MSC群体引导特定谱系分化（如内皮、上皮或平滑肌命运）的能力取决于内在的细胞编程和支架提供的外在信号。Vahedi等人（2021）强调了下肢脂肪垫来源MSCs在关节软骨修复中的再生潜力，这为如何利用组织特异性MSC群体应对复杂的解剖部位提供了重要的转化见解。这些发现进一步支持了在尿道组织工程中使用ADMSCs的合理性，因为它们具有丰富的来源、适应性和再生多样性。

为了进一步提高再生效果，近期研究探索了纳米技术与基于干细胞的疗法的协同整合。氧化石墨烯（GO）作为一种具有高表面积和功能可调性的纳米材料，在组织工程中展现出独特的优势，包括增强的细胞附着、抗菌性能以及免疫反应的调节。一种新型的纳米复合支架由GO、六臂聚乙二醇胺（6ARM-PEG-NH?）和聚己内酯（PCL）组成，在尿道修复模型中表现出良好的效果，代表了再生泌尿学的下一代平台。近期研究进一步推动了该领域的发展，通过将纳米技术整合到再生医学平台中。Salahshour等人（2024）回顾了纳米生物材料和生物墨水在3D生物打印中的作用，强调了如何通过纳米结构支架来模拟细胞外基质并改善细胞与材料的相互作用，这对于尿道等组织的成功再生至关重要。同样，Khezri等人（2021）展示了含有姜黄素的纳米支架在促进MSCs成骨分化方面的潜力，表明生物活性纳米材料可以引导干细胞命运。这突显了支架功能化在指导再生结果中的重要性。此外，Eftekhari等人（2021）探讨了先进纳米材料在肾脏组织再生中的应用，展示了支架成分和纳米尺度特征如何影响血管生成、免疫调节和纤维化抑制，这在泌尿学背景下具有重要意义。

除了支架和细胞相关的治疗方法，药理学调节在再生泌尿学中也逐渐受到重视。磷酸二酯酶5型（PDE-5）抑制剂，如西地那非和他达拉非，已知可以通过cGMP介导的途径发挥抗纤维化、抗凋亡和促血管生成的作用。这些特性在尿道修复的背景下可能特别有益，因为纤维化和血管化不足会阻碍组织再生。在一项模拟电凝诱导尿道损伤的兔模型研究中，Kurt等人（2016）证明，每日口服2mg/kg的他达拉非持续30天可显著减少尿道狭窄的形成。接受他达拉非治疗的动物其腔道狭窄程度为29.3%，而未治疗组则为84.9%，同时尿道组织中的胶原沉积和细胞凋亡也明显减少。这些发现支持了PDE-5抑制剂可以减轻纤维化并促进组织重塑的假设，为将西地那非纳入多功能再生平台提供了有力的依据。

为了指导本研究的实验设计，研究人员在PubMed和Scopus上进行了非系统的文献回顾，选取了2013年至2024年间关于尿道再生、纳米材料、干细胞疗法和NO调节剂的临床前研究。这些数据为开发一种结合GO/PEG-NH?/PCL支架和西地那非的复合治疗方案提供了理论依据。本研究旨在开发并评估一种多功能的生物工程平台，用于尿道狭窄的修复，该平台包括一种功能化为聚乙二醇和聚己内酯的纳米结构氧化石墨烯支架（GO/PEG-NH?/PCL），植入了人类ADMSCs，并结合口服西地那非以促进血管生成。研究人员通过荧光显微镜评估了体外生物相容性和ADMSCs的存活情况，并在尿道狭窄的兔模型中评估了该构建体的体内治疗效果。

在体外实验中，研究人员通过荧光显微镜观察了氧化石墨烯（GO）对ADMSCs存活和形态的影响。结果表明，GO的浓度与ADMSCs的存活率和形态之间存在浓度依赖关系。在对照条件下，细胞表现出正常的形态和均匀的分布，形成连续的单层，具有典型的纺锤形结构。在1μg/μL的GO溶液中，观察到相似的模式，表明该浓度不会影响细胞形态或增殖能力。然而，当GO浓度达到5μg/μL及以上时，细胞形态和增殖开始受到影响，这提示在使用GO时需要谨慎控制其浓度以避免不良影响。

在体内实验中，研究人员使用兔模型模拟手术诱导的尿道狭窄，并比较了四个治疗组：对照组、狭窄组、支架+ADMSCs组和支架+ADMSCs+西地那非组。治疗十周后，组织学和免疫组织化学评估显示，这种组合疗法显著恢复了尿道的结构和腔道通畅性。这一效果伴随着胶原沉积减少、平滑肌组织增强以及上皮分化标志物（如尿路上皮蛋白、桥粒连接蛋白）和前体细胞标志物（如CD117）的表达上调，同时纤维化介质MMP2的表达下调。定量评分表明，治疗组的纤维化和炎症水平接近正常组织。GO/PEG-NH?/PCL纳米支架不仅支持了ADMSCs的附着和分化，还通过西地那非的使用提供了额外的抗纤维化和促血管生成的调节作用。这些发现表明，该复合系统可能成为一种有前景的再生策略，用于功能性尿道修复，并在复杂尿道狭窄的管理中具有重要的临床转化价值。

本研究进一步推动了再生泌尿学的发展，证明了生物工程纳米支架、基于干细胞的疗法和药理学调节之间的协同作用可以有效恢复尿道的结构和功能。GO/PEG-NH?/PCL纳米支架提供了一个生物相容的三维微环境，支持了ADMSCs的附着、存活和分化。当与口服西地那非结合使用时，这一平台不仅促进了细胞的再生，还通过药理学调节进一步优化了组织修复的效果。这种组合策略的优越性在于，它能够同时解决尿道狭窄的主要病理问题，如纤维化和血管化不足，从而提高治疗的成功率和持久性。

此外，本研究还强调了多学科协作在组织工程和再生医学中的重要性。通过结合材料科学、细胞生物学和药理学的最新进展，研究人员开发了一种综合性的治疗方案，该方案不仅关注材料和细胞的性能，还考虑了药物的调节作用。这种多维度的策略为解决复杂尿道狭窄提供了新的思路，并为未来的临床转化奠定了基础。研究人员在实验过程中采用了多种先进的技术手段，包括荧光显微镜、组织学分析和免疫组织化学检测，以全面评估治疗效果。这些方法的综合应用使得研究结果更加可靠和具有说服力。

在伦理方面，所有动物实验均遵循伦理原则，符合国家卫生研究院和ARRIVE报告标准的指导方针。实验方案已获得巴西坎皮纳斯大学（UNICAMP）的动物实验伦理委员会批准，批准号为CEUA/UNICAMP 4435–1。人类脂肪来源的间充质干细胞（ADMSCs）是从知情同意的脂肪抽吸样本中获得的，确保了实验的伦理合规性和科学严谨性。研究人员在实验过程中严格遵守伦理规范，确保所有操作符合动物实验和人类细胞研究的相关要求。

在研究过程中，研究人员还考虑了多种潜在的变量和影响因素，以确保实验结果的准确性和可重复性。例如，支架的制备过程经过多次优化，以确保其物理特性和生物活性信号能够有效支持ADMSCs的附着和分化。同时，药物的使用剂量和时间也被严格控制，以确保其抗纤维化和促血管生成的效果。这些细节的把控使得研究结果更加可靠，并为未来的临床应用提供了坚实的理论基础。

此外，研究人员在实验设计和数据分析过程中采用了先进的技术手段，包括三维生物打印和纳米材料的功能化。这些技术的应用使得支架能够更好地模拟尿道的原生结构，从而提高细胞的附着和分化效率。同时，通过调节支架的表面形貌和化学特性，研究人员能够优化细胞与材料的相互作用，进而提高组织修复的效果。这些技术手段的综合应用为本研究的成功提供了重要的支持。

本研究的结论表明，生物工程纳米支架、基于干细胞的疗法和药理学调节的协同作用在尿道狭窄的修复中具有显著的优势。通过这种综合策略，研究人员不仅恢复了尿道的结构和功能，还显著减少了纤维化和炎症，这为复杂尿道狭窄的治疗提供了新的可能性。未来的研究可以进一步探索这种平台在不同动物模型和临床环境中的应用，以验证其广泛的适用性和临床转化潜力。同时，研究人员还可以优化支架的成分和结构，以提高其生物相容性和再生效果。这些研究方向的拓展将为再生泌尿学的发展提供更多的支持和指导。

本研究的成果为再生泌尿学领域带来了新的希望，表明通过整合多种先进的技术手段，可以有效解决尿道狭窄这一复杂的临床问题。这种综合策略不仅提高了治疗的成功率，还为未来的临床应用提供了坚实的理论基础和技术支持。随着技术的不断进步，研究人员相信这种多功能治疗平台将在尿道修复领域发挥越来越重要的作用，并为患者提供更有效的治疗方案。