自体组织重建膀胱可用于膀胱成形术患者

Atala A 著 邓震 译

外伤可导致膀胱的损伤甚至摘除，部分先天异常的儿童，如膀胱外翻、脊髓脊膜膨出或者尿道瓣膜发育延迟患儿，会出现高压、高渗、低顺应性膀胱。这些患者在药物治疗无效后常需要膀胱成形术，因此器官修复或移植势在必行。

胃肠道常常作为膀胱成形术中的供体组织。但是，当这种组织被植入泌尿系统，多种并发症也会随之而来，许多研究者又陆续采用了不同的方式、材料及组织，移植或修复膀胱。其中许多游离组织以及一些合成材料，尤其是使用游离肠组织，但由于力学、结构、功能或者生物相容性的问题，这些尝试都失败了。永久性合成材料破坏了力学结构、易发尿路结石，可降解材料易导致成纤维细胞沉积、瘢痕形成、移植物挛缩，随着时间的延长，膀胱容量减少。很明显，由于膀胱组织的弹性特性和泌尿道上皮通透性，其很难轻易被替换、移植。所以，用于功能重建的自体泌尿组织数量有限。因此，美国威克森林大学温斯顿塞勒姆医学院小组负责人Alan B Retik等把经过筛选的细胞植入人工组织重建的膀胱内，为膀胱再造探索出另一种方法——自体膀胱组织重建。

Alan B Retik等共收入7例患者（3男，4女，平均年龄11岁，年龄跨度4～19岁）。这些患者都患有先天性疾病——脊柱裂。

试验前，首先将7例患者分为3组：A组：3例患者对其膀胱直接去细胞，并从粘膜下层提取胶原用来接种自体健康细胞；B组：1例患者接受的是将用大网膜包裹的胶质培养基培养出的人工膀胱；C组：3例患者植入的是经大网膜包裹的PGA胶原所做的复合材质培养基培养的人工膀胱。另有2例患者（一位采用胶原培养方法，一位复合材质培养方法）失访。针对每一例入组对象，移植前进行尿流动力学检查、膀胱造影、泌尿生殖器B超、血清、尿常规及尿培养检查。最后3例患者采用3D CT影像评估盆腔的年龄分期及尺寸，大小、形状及容量，以及手术前的膀胱状态。测定分析后，以获得理想膀胱的平均尺寸，进一步制造理想容量的复合材质膀胱。

膀胱成形术前7～8周，患者经膀胱镜取本体及组织工程膀胱活组织评估6～8次。组织工程膀胱标本取自穹窿部的后壁、前外侧壁以及膀胱颈附近的三角区周围取活检标本（1～2 cm2）。尿路上皮及肌层细胞用传统方法培养。早期传代细胞置于小玻璃罐内，放于液氮箱内冻存。移植前完整检测细胞及培养液的污染情况。

另外，Alan B Retik等为试验设计了两种支架，第一种支架是用直接去细胞的膀胱粘膜下基质制作而成，用于前4例患者，即A、B组患者。另一种支架用可生物降解的复合物胶原及PGA构成，用于后3例即C组患者进行膀胱塑形。支架的总厚度大约是2.0 mm，初始尺寸范围在70～150 cm2。所有的支架都用环氧乙烷先消毒，再用紫外线进一步消毒。

一切准备就绪后，开始构建人工膀胱：每一种细胞共培养70个培养皿（直径150 mm），每个培养皿大约有10×106个细胞，用于组建一个组织工程膀胱。

从膀胱活检到组织工程膀胱移植大约需7～8周。术前患者口服抗生素一周。麻醉成功后，从剑突下1到2指到做一纵形切口至耻骨上。膀胱用十字切口暴露。放置两根导尿管，一根置于耻骨上，另一根置于尿道内。细胞学支架与自体膀胱使用4-0号缝线缝合，支架外部注入纤维蛋白胶。将硅胶引流置于腹膜后。3个移植入胶原支架的患者未用大网膜覆盖。一个植入胶原支架，另外三个植入复合物支架的患者均使用大网膜充分覆盖。

与常规的肠膀胱成形术不同，患者术后不需要长期的胃肠减压，最快可以在术后1d正常饮食。另外，两根导尿管都在术后持续开放，在没有引流物后的3～5 d后拔管。术后3周，行膀胱造影检查，其中一根导尿管拔除，膀胱功能逐渐恢复。通过全天间歇性的夹闭、放开导尿管帮助膀胱功能恢复。

随后进行一系列的血清肌酐、电解质及动脉血气分析、肾脏B超、排泄性膀胱造影以及排尿动力学检查、膀胱造影及B超、膀胱活检以及血液分析，比较各种重建的人工膀胱功能及术后患者综合情况。

术后随访时间跨度22～61个月（平均46个月），研究者发现：所有患者住院天数在23～34 d之间，平均28.5 d，仅1例患者继发真菌感染，已妥当处理，无其他术后并发症出现。

术后3周，植入人工膀胱的患者进行了导尿管的移除及间歇性导尿术，并按照常规的膀胱成形术处理方法，接受了抗胆碱酯酶药物治疗，行膀胱造影术未见膀胱渗漏。

术前所有患者的尿动力学功能均不佳。通过分析术后尿动力学数据发现，移植人工膀胱的患者，直到随访的第61个月才开始出现收缩性、容量及顺应性的下降。总结发现术后效果最好的是应用大网膜充分包裹的复合材料膀胱，膀胱容量压力平均阈值下降，而体积、顺应性增加。而所有的患者在术后肠功能很快就恢复了。无不良代谢记录，无泌尿系结石，分泌液正常，肾功能得到保护。

而且术后进一步行膀胱检查，几乎看不出复合材料人工膀胱与本体膀胱的接合缝隙。所有的全层穿刺活检显示一个三层结构，正如试验者预期的膀胱组织：包括了尿路上皮细胞衬里、粘膜下层和肌肉细胞。免疫组织化学分析证实了人工膀胱活检其组织结构及表型理想。

作者通过将自体膀胱上皮细胞和肌肉细胞分离，在体外扩增，并将它们种植到到可生物降解的三维基质上，为膀胱疾病终末期患者设计人工膀胱组织。

这项研究的目标是降低膀胱内的压力，并提高膀胱的顺应性和可控性，从而提高病变膀胱的功能性。随着时间的推移，膀胱顺应性不良的患者可能会产生肾功能损害，因此，避免任何进展性肾脏疾病也是本研究的一个目标。此外，利用胃肠道行扩大术，往往会导致代谢异常，如酸中毒或碱中毒，另外结石形成的发生率增加，粘液分泌增加，最终增加了恶性疾病的风险。因此，本研究目的是避免任何代谢异常，减少泌尿系结石形成的发生率，避免肠道黏液的产生。该人工膀胱，可在活检获得被植入膀胱细胞后7～8周内植入。

使用复合支架材料与人工组织制成的膀胱重建能够表现出良好的功能。后续尿动力学研究表明，膀胱顺应性及功能均有所提高。这些与移植了胃肠道组织重建膀胱术后的尿动力学改变相似，但是副反应较后者却明显减少。在实验中肾功能得到了保护，所有患者的闭尿控制能力得到了明显改善。通过组织学和免疫组化分析，人工膀胱段的组织活检表现出理想的构造和表型。

人工组织或器官供临床使用的主要挑战是开发可生物降解的三维结构，这种结构必须能容纳足够数量的细胞，从而形成功能组织。这种支架材料应具有相应的生物力学和结构特性，使得长期保存后可以保持组织的完整性。使用由PGA构成的复合支架，被证明是最佳的人工膀胱组织。因为这种支架结构的完整，胶原蛋白可支持细胞生长和存活。人工组织和器官的另一个挑战：需要支持和维护足够的血管供给移植的细胞。理想的结构应该能提供足够的营养和氧气，增强新生血管的形成。大网膜，常用于重建手术，因为它能为皮瓣和移植物提供丰富的血液供应，最终在膀胱植入时选其作为包裹，并被证明是重要的和成功的。

所有患者因为脊髓增生异常，导致排尿由异常神经支配，所以术前均进行间歇性导尿术。当此类患者进行膀胱成形术时，必须进行间歇性导尿，为膀胱充分引流。因此用胃肠道行膀胱成形术患者必须间歇性导尿。虽然有研究表明，在狗植入人工膀胱后，神经再支配恢复，可以导致正常排空。因此推断动物在该术后，可以逐渐恢复正常的神经支配，膀胱可以正常收缩排尿。通过这些研究结果，可以预计，如果患者有一个正常的神经支配膀胱，术前可以自发排空，那么术后当然也是一样。当然这一假设仍有待临床试验。

作者表明，组织工程技术可以用来制造膀胱，这种膀胱可以被植入在需要膀胱成形术的患者体内。植入的复合材料人工膀胱表现出优越的功能参数，这样的优越性可以持续数年之久。虽然随访时间超过5年，但要将这种方法普及，仍需要更多的研究。