膀胱替代的人工假體和組織工程研究進展

何　南，潘次中，徐　冉，朱　煊，趙曉昆

(1.郴州市第一人民醫(yī)院泌尿外科，湖南郴州　423000;2.中南大學湘雅附二醫(yī)院泌尿外科，湖南長沙　410011)

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·綜述·

膀胱替代的人工假體和組織工程研究進展

何南1，潘次中2，徐冉2，朱煊2，趙曉昆2

(1.郴州市第一人民醫(yī)院泌尿外科，湖南郴州423000;2.中南大學湘雅附二醫(yī)院泌尿外科，湖南長沙410011)

摘要：膀胱全切術后尿流改道的方法有很多，常規(guī)尿流改道術因并發(fā)癥影響了患者生活質量。為了減少術后并發(fā)癥，改善生活質量，人類在膀胱替代的問題上不斷探索。人工假體膀胱的發(fā)展已經(jīng)有50年的歷史了，雖然尚未有人工假體用于人類，但是在未來多學科發(fā)展的前提下，人工膀胱替代仍是一個有前景的方式。在生物工程和生命科學迅速發(fā)展的今天，組織工程技術開始頻繁地用于泌尿重建中。未來，通過膀胱組織工程技術，我們也許能夠實現(xiàn)無需實施腸道手術的膀胱替代技術。

關鍵詞：膀胱癌；膀胱替代；人工假體；組織工程

膀胱癌是泌尿系統(tǒng)常見惡性腫瘤之一，根據(jù)其病理類型、分級和分期的不同，其治療方法也不盡相同。肌層浸潤性膀胱癌治療的金標準是根治性膀胱全切除+尿流改道術。尿流改道的主要目的是替代原有膀胱引流尿液，改善患者術后生活質量。目前，膀胱全切術后尿流改道的方法有很多：如輸尿管皮膚造口術，回腸通道術，原位新膀胱術等都是泌尿外科最常用的手術方法。但是這些手術由于使用腸道替代膀胱引流尿液，術后并發(fā)癥的發(fā)生影響患者生活質量。為了減少術后并發(fā)癥、改善生活質量，人類在膀胱替代領域一直進行探索。

人工假體膀胱是由非生物材料合成的替換膀胱，雖然假體膀胱目前尚未應用于人體，理論上它可以避免使用腸道代替膀胱帶來的一系列并發(fā)癥[1]。組織工程技術也被應用于尿流改道，人們通過移植種子細胞到支架材料上以構建組織工程膀胱，來實現(xiàn)膀胱替代。人工假體膀胱和組織工程技術的發(fā)展將使尿流改道和膀胱替代向著多元化發(fā)展。本文就人工假體膀胱、組織工程替代膀胱的進展作一綜述。

1人工假體膀胱

隨著人工合成技術、生物材料、組織工程技術在膀胱替代中的不斷發(fā)展，現(xiàn)在膀胱替代可分為生物替代和人工合成替代。生物替代品從生物中合成和發(fā)展，而人工合成的替代物，可簡單定義為所有的非生物材料。在過去的50年內，研究者提出了很多可以用于代替膀胱的人工假體材料，硅是最常用的一種。雖然人工合成替代膀胱目前還只是停留在動物實驗的階段，但它無疑具有廣闊的應用前景。

1.1介紹幾種人工假體類型

1.1.1BOGASH假體[2]1960年由BOGASH首先提出的，將硅膠管的一端與狗的輸尿管吻合，另一端通過與外腹壁相連，用于排空尿液。術后主要問題：假體放置4周后，出現(xiàn)了輸尿管吻合口狹窄引起腎積水，并且尿路感染發(fā)生率很高。

1.1.2FRIEDMAN假體[3]這種假體膀胱是由一個可折疊的儲存容量為250 mL的人工合成材料組成，實驗動物的輸尿管和尿道都與它直接吻合，它能在不升高假體膀胱內壓力的同時儲存一定量的尿液。術后主要問題：所有實驗動物在植入假體膀胱2周后都出現(xiàn)了不同程度的腎積水以及腎衰。

1.1.3ABBOU假體及FRENCH假體[4-5]ABBOU假體(圖1)及FRENCH兩種假體都是由硅橡膠假體組成的卵圓形儲尿囊，容量為200～600 mL，并且配有機械的排尿系統(tǒng)。在這些假體中，輸尿管與假體的后壁及防返流瓣吻合，并且尿道配有括約肌。軟組織和假體通過多孔的生物材料或聚乙烯粘合在一起。臨床試驗對象為狗，并通過對這些被處死的狗的新膀胱組織的分析，來確定假體的耐受程度。術后主要問題：在假體周圍逐漸形成了一個纖維囊，影響了假體的動力學作用(擴張和排空)；此外，每個實驗狗術后都出現(xiàn)了進行性腎積水和腎衰。

圖1　ABBOU假體示意圖

1.1.4KLINE假體[6]這是表面有水凝膠層的雙穩(wěn)態(tài)乳膠假體。將其置入實驗動物的骨盆區(qū)，依靠重力、腹腔器官的重量及腹壁肌肉緊張產(chǎn)生的壓力提供排空尿液的動力。但作者沒有進一步研究，因為作者認為，隨著時間的推移，可以預見實驗動物會出現(xiàn)上述幾種術后問題(圖2)。

圖2　KLINE假體示意圖

A：儲尿期，膀胱瓣膜關閉；B：排尿期，在重力及腹壁肌肉緊張作用下，膀胱瓣膜開放排尿。

1.1.5MAYO假體[7]是所提到假體中最復雜的一種，它是基于從負壓吸引和主動排空尿液的基礎上設計的。它由兩層不同的人工材料組成，內層為容量230 mL的硅膠，外層為容量300 mL的聚砜。這兩層都與膀胱頸相連，兩層間有70 mL的空間。內部的彈簧裝置在受壓縮時可產(chǎn)生負壓，有助于充盈，同時還有個類似的加壓裝置促進排空。輸尿管中插入了F8的硅膠導管，假體通過插入尿道中的硅膠管排空尿液。這種假體被植入4只狗體內進行實驗。術后主要問題：這種假體在植入數(shù)周后就引起了狗的感染，并且因多個部件障礙而失敗告終。

1.1.6AACHEN假體[8]是到目前為止，維持功能時間最長的模型(在兩只羊體內維持正常運作>18個月)。它由兩個分開的皮下可折疊彈性人工儲尿囊組成，這兩個儲尿囊各自通過硅膠管插入到腎盂抽取尿液，這類似于人造輸尿管。兩個儲尿囊通過內置在尿道內的硅膠管排尿，整體形成Y形。外界壓迫形成的正壓有助于排尿，同時在儲尿囊內形成的負壓利于充盈。術后主要問題：在吻合處因材料的限制，而容易發(fā)生尿瘺(圖3)。

其他還有GURPINAR假體、RIGOTTI假體、GLEESON假體等等。所有這些假體都是由硅膠或者基于硅膠制作的，并且都只進行了動物實驗。

1.2目前假體研究雖未成功但值得繼續(xù)上述所有假體失敗的主要原因可歸納為：結締組織沉積、感染、腎積水、吻合口瘺以及生物兼容性等問題。在理想情況下，一個功能正常的儲尿囊應該具有下述特點：較少或無排斥、不漏尿、足夠儲存容量、可充盈和排空且不會造成上尿路損傷功能、抗結石形成和抗感染發(fā)生、易植入和取出、有較好的持久性和合適的價格。最近有篇文章評估了實驗的花費和一個理想的膀胱假體帶來的收益[9]。這篇文章的作者認為，如果市場夠大，那么進行人工假體膀胱的研究還是值得繼續(xù)的。

圖3　AACHEN假體示意圖

如果我們能夠找到一種理想材料，讓人工假體膀胱具有理想的儲尿囊功能[10]。那么，膀胱全切術后尿流改道就無需使用腸道，而只需簡單吻合假體與輸尿管和假體與尿道，手術時間將大大縮短。同時術中術后和住院期間用藥將減少、腸道并發(fā)癥將明顯降低、患者恢復更快、也有利于更快地進行后期的輔助治療。

腸道替代膀胱可能并不能代表未來膀胱替代術的標準治療方案。目前，人們把更多的興趣投向了全生物材料膀胱替代品的研究，而人工假體膀胱的研究進展緩慢?；蛟S將生物材料與人工材料結合能夠解決不同材料帶來的不同問題[10]。在未來多學科發(fā)展的前提下，尿流改道方式的發(fā)展應該是多樣化發(fā)展的，而人工假體膀胱仍是一個值得考慮的方法。

2組織工程膀胱的發(fā)展

組織工程是一門交叉性學科，通過使用生物工程和生命科學理論來構建生物替代物，從而促進受損的組織或器官恢復、保持或提高功能。組織工程重建有兩種主要的方法：第一種方法是通過使用天然或合成的生物材料制成支架來促進體內原有細胞的重建過程;第二種方法涉及生物材料的細胞接種方法，通過構造的“新組織”植入宿主體內以完成重建過程。組織工程膀胱的最終目的是找出合適的支架材料和細胞來源，重新構建具有生理功能的膀胱組織[11]。

2.1過去的經(jīng)驗從NEUHOFF于1917年首先報道用游離的組織片代替部分膀胱獲得成功開始，快速發(fā)展的組織工程為泌尿重建技術提供了廣闊的前景。過去的組織工程膀胱技術使用的是第一種方法，通過使用天然或合成的材料制成支架來促進體內原有細胞的重建。

1963年，TSUJI等[12]使用經(jīng)福爾馬林固定的狗的膀胱為10例因膀胱癌已經(jīng)實施膀胱近全切或根治性膀胱切除術的患者進行膀胱重建。這種經(jīng)過處理的狗的膀胱為患者自身組織生長提供了暫時的支架，2～3周后取出支架。術后1例患者除了有輕度壓力性尿失禁外，他的重建膀胱和后尿道整體狀況良好并獲得滿意的膀胱功能。但是，其他患者膀胱重建后，膀胱功能恢復并不理想，并且新膀胱容量下降。此外，這些患者術后常發(fā)生輸尿管口狹窄、尿失禁和膀胱輸尿管返流等癥狀。

在1975年，KELAMI等[13]使用了人硬腦膜對34例患者(6例膀胱攣縮和28例膀胱惡性腫瘤)進行膀胱成形術。這種大小為6 cm×14 cm的凍干的人硬腦膜主要是作為組織生長的基質。硬腦膜在10～12周后就被完全吸收，隨訪2～6年。術后膀胱鏡下觀察，這些患者再生的尿路上皮和原有的上皮并無任何區(qū)別。重建的膀胱血運較好也無攣縮的跡象。但是，對死于隨訪中的患者的尸檢發(fā)現(xiàn)重建膀胱卻無平滑肌再生的跡象。

2011年，MOON等[14]報道了1例使用牛心包修復腸膀胱瘺的病例。這位患者既往有放療史、多次開腹手術史以及長期留置導尿管。因為切除瘺管后膀胱缺損很大，所以如果不做膀胱擴大成形術的話是很難閉合膀胱的。但是作者并未提供任何關于膀胱容量和膀胱順應性的數(shù)據(jù)，因此，這項實驗的結果受到了質疑。需要進一步的研究證明牛心包膜作為膀胱擴大成形術支架材料的安全性和有效性。

2.2新的觀點2006年，ATALA等[15]首先將種植有細胞的支架應用于泌尿重建上，此實驗是為7例患有脊髓脊膜膨出和終末期膀胱疾病的年輕患者構建膀胱壁。他們的平均年齡為11歲，膀胱壁的替代物是在利用體外用膠原或膠原和聚乙醇酸的復合物加上自體尿路上皮細胞以及平滑肌細胞培養(yǎng)而成的?；颊咝g后平均隨訪時間是46(22～61)個月。結果顯示，2例使用種植有細胞并有網(wǎng)膜覆蓋的膠原-PGA復合物支架進行膀胱重建的患者，術后隨訪表現(xiàn)出膀胱順應性增加、終末充盈壓下降、容量增加。2例患者膀胱鏡活檢顯示重建的膀胱壁有著正常的形態(tài)和結構，組織工程生成的組織和原有膀胱壁間的界線極其難以區(qū)分[15]。但應注意的是，僅在2例患者身上取得了滿意的結果(28.6%)。其余的5例患者未獲得足夠的膀胱容量和膀胱順應性，這意味著他們的新膀胱壁是可能由纖維組織而非肌肉組織構成的。因此，這些患者膀胱順應性低，需要進行間歇性導尿。不過，這個研究也表明了通過組織工程技術獲得的膀胱是可以安全地植入患者體內的，但是為了獲得有功能的膀胱仍需進一步的實驗和臨床研究。

2012年，CAIONE等[16]將不含有細胞的膠原基質用于5例平均年齡為10.4歲的患兒，進行膀胱擴大成形術。研究將5 cm×4 cm的小腸黏膜下膜制成鉆石狀并移植入膀胱，吻合處噴灑纖維蛋白膠，擴大的膀胱用膀胱周圍軟組織或網(wǎng)膜覆蓋。結果顯示，5例患者術后6個月膀胱容量和順應性略有改善。術后6個月行膀胱鏡活檢顯示，植入的膀胱具有正常的移行黏膜和稀疏平滑肌纖維、小神經(jīng)干、血管的漿肌層。雖然這些患者術后膀胱容量和順應性并未明顯提高，也未獲得明顯的臨床益處，但是這個研究也進一步證明了組織工程重建膀胱在這些患者身上還是可行的[16]。

組織工程領域的進步為泌尿重建學提供了巨大的前景。在過去的20年間，逐漸出現(xiàn)了數(shù)種膀胱壁替代物。大量實驗證明，細胞的存在是重建膀胱獲得足夠組織結構和功能的必要前提。這些與支架一起植入的細胞發(fā)揮了多種功能，如強化了支架的機械性能；防止尿液滲透；分泌營養(yǎng)因子促進重建過程[11]。自體膀胱細胞是一種較好的選擇，它可在體外擴增獲得，通過植入支架后再移植入宿主體內，這樣可以減少排異反應。但是，我們應該清楚，下尿路重建的主體大部分都是肌層侵犯的膀胱癌患者，如果使用自體膀胱細胞將有可能導致癌癥擴散[17]。因此對于這些患者而言，干細胞的組織工程可以帶來巨大希望，用于膀胱組織工程的自體干細胞可能的來源有骨髓、脂肪組織、皮膚和頭發(fā)的毛囊。這些干細胞可以在宿主體內的組織環(huán)境下分化成膀胱細胞[18]。

總的來說，在生物工程和生命科學迅速發(fā)展的今天，組織工程技術開始頻繁地用于泌尿重建中，我們有理由相信，在不久的未來，通過膀胱組織工程技術，我們能夠實現(xiàn)無需實施腸道手術的替代膀胱的技術。

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(編輯王瑋)

收稿日期：2015-05-31修回日期：2015-11-06

通訊作者:趙曉昆，教授，主任醫(yī)師，碩士研究生導師. E-mail :hzhaoxiaokun50 @163. com

作者簡介:何南(1987-)，男(漢族)，醫(yī)師.研究方向：泌尿系腫瘤. E-mail:179403854@qq.com

中圖分類號:R699.5

文獻標志碼:A

DOI：10.3969/j.issn.1009-8291.2016.03.024