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組織工程學概況組織工程學是根據細胞生物學、材料科學和生物工程學的原理，構建生物替代物以維持、修復損傷組織和器官功能的一門科學。

組織工程的治療策略通常分為兩類:①利用脫細胞基質(acellularmatrixgraft，ACMG)，為新組織生長提供正確定位、定向，依靠機體自身的再生能力促進組織再生。脫細胞基質通常是應用機械和化學的方法去除組織中細胞成分后的富含膠原的基質。②利用接種細胞的脫細胞基質構建新的組織器官。

組織工程尿道重建的基礎研究應用ACMG修復尿道缺損的研究已有多年，包括尿道細胞外基質(urethralextracellularmatrix，UECM)、膀胱黏膜下層(bladderacellularmatrixgraft，BAMG)、小腸黏膜下層(smallintestinesubmucosa，SIS)等，它們經過脫細胞處理后，僅保留膠原蛋白、蛋白多糖等低抗原性物質。楊嗣星等［3］應用UECM進行兔的尿道缺損修復實驗。術后3周，尿路上皮完全覆蓋細胞外基質，術后6周，平滑肌細胞再生，炎性細胞消失，術后24周，再生尿道組織與正常尿道組織無區別。Chen等［4］應用豬BAMG修復兔尿道缺損，術后尿路造影顯示尿道連續無狹窄，術后2個月BAMG表面覆蓋完整的尿路上皮細胞，術后3個月炎性細胞消失，未見瘢痕形成，術后6個月黏膜下肌纖維束基本成形。Nuininga等［5］采用SIS以鑲嵌補片方式修復兔的尿道缺損，術后尿道造影顯示所有試驗動物尿道口徑正常無狹窄，術后1個月尿路上皮細胞完整覆蓋SIS，炎癥細胞浸潤，術后3個月炎癥細胞消失，平滑肌細胞再生。盡管采用單純脫細胞基質以補片的方式進行尿道修復已取得較好的效果，但如果尿道損傷較大甚至閉鎖，單純的全管狀材料修復，療效不佳。修復段尿道出現萎縮，尿道黏膜下出現雜亂無序的肌束，尿道造影顯示尿道狹窄形成［6］，其原因可能是由于尿道的缺損過長，宿主的滋養血管延伸到缺損中心區域較為困難，缺乏血供的上皮細胞爬行能力減弱，難以覆蓋整個創面，并且支架降解較早，宿主的自體細胞尚未完全覆蓋其上所致，而將種子細胞接種于管狀膠原基質材料修復長段管狀化尿道缺損則成為一種更好的選擇。DeFilippo等［7］分別用未接種細胞和接種細胞的管狀BAMG修復兔尿道缺損，發現單純用管狀基質修復的尿道，重建尿道狹窄并纖維化形成，而接種了自體細胞的管狀膠原基質，重建尿道連續無狹窄發生。傅強等［8-9］用植入包皮表皮細胞的BAMG修復管狀化尿道缺損，術后3個月修復段尿道已全部被黏膜覆蓋，黏膜光滑，管腔無明顯狹窄，組織學顯示術后修復段尿道上皮呈表皮細胞形態并與宿主尿路上皮存在明顯分界線，經長期隨訪觀察發現:術后6～12個月，修復段尿道黏膜出現乳頭樣結構，與尿路移行上皮細胞較為相似，這表明了在長期尿路環境中，來源包皮的表皮細胞可以向移行上皮形態轉化。Gu等［10］應用硅膠管以腹膜腔作為生物反應器構建自身管狀尿道修復材料，組織學證實成肌纖維細胞種植于膠原基質，其外有單層間皮細胞。將此修復材料對兔的尿道缺損進行尿道重建，術后尿道造影顯示尿道連續無狹窄，此項研究為我們修復管狀化尿道缺損提供了新的思路。

組織工程尿道重建的臨床研究Atala等［11］采用BAMG修復傳統手術治療失敗的尿道下裂，新建尿道長度為5～15cm，術后1年尿道造影顯示尿道連續無狹窄，組織學證實重建尿道表現為典型的尿路上皮，術后隨訪22個月，除1例新建尿道出現陰莖頭下瘺管外，其余患者均治愈。EL-Kassaby等［12］用BAMG對28例尿道狹窄患者進行尿道修復，新尿道長1．5～16cm，術前和術后常規行排尿記錄、體檢、逆行尿路造影、尿流率和膀胱鏡檢查，術后隨訪36～48個月，僅有4例患者在吻合部位出現輕度狹窄，其余患者治愈，活檢組織學檢查顯示典型的尿路上皮。Palminteri等［13］應用SIS為20例尿道狹窄患者行尿道重建，17例患者尿道狹窄治愈，術后3個月膀胱鏡檢顯示重建尿道口徑正常無狹窄，但支架部位未被尿路上皮完全替代，原因可能是尿路上皮再生完全至少需要20周才能完成。Fiala等［14］用同樣材料修復50例尿道狹窄患者，成功率80%，隨訪期間大部分患者均未出現早期或晚期相關并發癥，進一步證實SIS在組織工程尿道重建中的應用前景。Farahat等［15］近來采用內窺鏡技術對10例復發性尿道狹窄患者行SIS補片修復，術后8例患者尿道狹窄治愈，僅2例患者表現為輕度的尿道狹窄復發，通過定期行尿道擴張術已獲得滿意的治療效果。

目前，口腔黏膜替代已被認為是臨床治療尿道狹窄或下裂一類疾病的金標準［13］，但自體取材可導致張口受限、供體部位麻木感等諸多并發癥［16-17］。因而構建組織工程化口腔黏膜是進行尿道重建的一項新選擇。Bhargava等［18］將角化細胞、成纖維細胞分別從獲取的口腔黏膜表皮層、真皮層分離下來，進行體外培養擴增，達到足夠數量后將兩種細胞種植在去表皮層的真皮上，構建組織工程化口腔粘膜。將其植入5例患者體內修復尿道狹窄，3名患者目前尿道狹窄治愈，1例因術后陰莖體部纖維化合并陰莖痛性勃起需做全段補片切除，另1例因補片的過度增生及纖維化需做部分補片切除，該研究為組織工程化口腔粘膜的臨床應用展現了新的前景。Selim等［19］將角化細胞與成纖維細胞種植在聚乳酸(polylacticacid，PLA)與聚羥基乙酸(polyg-lycolicacid，PGA)的共聚物PLGA(polylactic-co-glycolicacid)上，構建組織工程化口腔黏膜，其機械強度和彈性約為正常口腔黏膜的30%，為PLGA在尿道組織工程中的應用開創了新的前景。2干細胞的研究概況干細胞(stemcells，SC)是一類未分化的細胞，具有自我更新的能力并能進行分化以最終形成成熟的非再生細胞和效應細胞［20-21］。根據分化的不同階段，主要分為:全能干細胞(受精卵)、多潛能干細胞(胚胎干細胞)、多能干細胞(成體干細胞)、單能干細胞(祖細胞)［22］。目前研究最多的是胚胎干細胞(embryonicstemcells，ESCs)和成體干細胞(A-dultstemcells)。

干細胞在尿道重建中的基礎研究理論上ESCs依靠其多分化能力可作為理想的種子細胞，但獲取胚胎干細胞往往造成胚胎的破壞，并且將其植入免疫缺陷動物時，有形成畸胎瘤的風險［23］。Otta-masathien等［24］研究表明在裸鼠的腎被膜下，胚胎干細胞在胚胎膀胱間充質(embryonicbladdermesen-chyme，EBLM)誘導下產生膀胱上皮細胞和平滑肌細胞，并無畸胎瘤的生成。Mauney等［25］應用全反式維甲酸在體外成功將胚胎干細胞誘導成尿路上皮細胞，為胚胎干細胞作為組織工程種子細胞的來源提供了可能性。Frimberger等［26］用種植人胚胎干細胞的豬小腸黏膜下層修復大鼠膀胱缺損，術后28天，膀胱上皮層、粘膜下層和平滑肌層完全再生。成體干細胞來自骨髓、肌組織、血管內皮、皮膚及脂肪等處，可避免獲取胚胎干細胞時的倫理問題，同時成體干細胞不會轉化為惡性表型，降低了植入體內后形成畸胎瘤的風險，所以研究者們的目光現已逐漸轉移到對成體干細胞的研究。Shukla等［27］研究顯示骨髓間充質干細胞(bonemarrow-derivedmesen-chymalstemcells)在體外可以成功誘導為平滑肌細胞，但將骨髓間充質干細胞與SIS復合進行豬膀胱擴增替代術時，術后免疫染色和組織化學證實骨髓間充質干細胞在體內并未完全分化為平滑肌細胞，近來已有研究報道骨髓間充質干細胞用于膀胱擴增替代術時可在體內成功分化為平滑肌細胞［28］。因為膀胱構建與尿道重建在生物支架及種子細胞選材上的相似性，因此可借鑒前者指導干細胞在尿道重建上應用。黃紅軍等［29］用種植骨髓間充質干細胞的脫細胞尿道海綿體-尿道基質(Acellularspongybodyofurethra-urethralmatrix)修復兔海綿體尿道缺損，術后僅1例發生尿瘺，其余排尿通暢。組織學檢查:術后2周見少量毛細血管及平滑肌細胞生長，再造尿道腔面完整覆蓋單層尿道上皮，術后24周，平滑肌細胞增多，排列規則，尿道黏膜層由七八層上皮細胞構成，尿道腔面光滑、完整。但是，由于骨髓間充質干細胞在骨髓中含量極低，需體外擴增較長時間才能達到構建的細胞數量;同時由于存在著骨髓抽取過程患者較痛苦等問題，使骨髓來源的干細胞在應用中存在較大的局限性。相對而言，脂肪組織來源豐富，只需要簡單的吸脂手術即可獲得足夠數量的脂肪組織，且脂肪組織中脂肪干細胞(adipose-derivedstemcells，ADSCs)含量豐富，僅需要少量的脂肪組織即可獲得足夠的ADSCs。ADSCs已經證明與骨髓間充質干細胞有相似的多潛能和自我更新能力［30］，可以誘導分化為具有正常收縮舒張功能的平滑肌細胞［31-32］。Brzoska等［33］實驗表明脂肪干細胞經體外全反式維甲酸誘導培養可分選出大于80%的上皮細胞，Liu等［34］研究進一步表明，將人ADSCs與尿路上皮細胞混合培養，可以誘導ADSCs向尿路上皮細胞轉化。

以上結果表明脂肪干細胞可誘導分化出上皮和平滑肌細胞從而可能作為種子細胞應用于尿道組織工程的修復重建。張亞等［35］應用ADSCs復合多孔絲素膜(poroussilkfibroinscaf-fold，PSFS)修復兔的尿道缺損，術后2周絲素膜結構完整，表面無尿路上皮細胞形成，膜基底部有血管、膠原組織生長，少量淋巴細胞浸潤。術后4周絲素膜表面形成3～4層排列欠規則的尿路上皮細胞，黏膜下見大量血管、平滑肌細胞沿絲素膜孔隙生長。術后6周絲素膜表面見排列規則的6～7層尿路上皮細胞，絲素膜被分解成小塊狀。與單純應用多孔絲素膜修復尿道缺損相比，ADSCs復合PSFS能加快血管生長、促進尿路上皮及平滑肌細胞生長和加速絲素膜的分解。該研究進一步證實了以干細胞作為種子細胞構建組織工程化尿道是可行的。Wu等［36］應用尿液樣本中獲取的尿源性干細胞(urine-derivedstemcells，USC)經體外誘導培養傳代3次，50%～70%尿源性干細胞分化為平滑肌細胞，超過90%尿源性干細胞分化為尿路上皮細胞。每200ml尿液樣本獲取的尿源性干細胞在培養傳代4次時即可產生至少3．2×108個活性細胞，足以用來構建工程化的尿道組織。

干細胞在尿道重建中的臨床展望目前，臨床上進行尿道修復較多應用天然或人工的生物支架材料，但如果尿道缺損面積過大乃至閉鎖，單純脫細胞膠原基質的管狀修復效果不理想［37］，采用體外預先植入自體上皮細胞的膠原基質進行尿道修復可顯著改善這一難題，但往往存在種子細胞選擇的問題，干細胞研究為泌尿系組織工程種子細胞開辟了新的途徑［38］。盡管干細胞顯示出巨大的臨床應用前景，但在實際研究中仍存在許多問題:①技術問題，目前干細胞在尿道重建中的研究僅限于實驗動物階段，在干細胞的純化、誘導方面仍缺乏有效的方法［39］;②倫理學問題，特別是胚胎干細胞的應用常受到社會的強烈反對［40］;③方法問題，對于植入未分化狀態的細胞還是分化狀態的細胞仍有較大爭議。因此如何解決好技術、倫理和方法問題仍將是今后一段時間干細胞臨床應用所面臨的主要問題。3前景隨著再生醫學的發展，組織工程和干細胞技術作為再生醫學的重要組成部分在許多方面取得了重大進展，為尿道的修復重建提供了新的思路和廣闊的前景。臨床已成功應用小塊的工程化組織修復尿道缺損，但大塊的工程化組織卻不能盡快建立血液循環，易發生缺血壞死;干細胞的應用進一步拓寬了種子細胞的來源，但存在倫理問題和致瘤性的風險。因此，如何促進組織工程化尿道的血管化以及如何純化、誘導干細胞可能將是今后研究者們在組織工程尿道重建領域進一步探索的方向。

作者:王營、傅強單位：上海交通大學附屬第六人民醫院