劉劍鋒 陽 蓮 洪 莉

盆底功能障礙性疾病(pelvic floor dysfunction，PFD)是一類由各種原因?qū)е碌呐璧字С秩毕荨p傷及功能異常的疾病，主要包括壓力性尿失禁(stress urinary incontinence，SUI)、盆腔器官脫垂(pelvic organ prolapse，POP)以及大便失禁(fecal incontinence，F(xiàn)I)。全球至少有1/4的女性受PFD的影響，隨著人口老齡化，PFD的發(fā)生率也在逐年上升[1]。目前，臨床上PFD的治療分為手術(shù)治療和非手術(shù)治療。目前，臨床上中重度患者多采用手術(shù)治療，包括陰道前后壁修補(bǔ)術(shù)、陰道閉合術(shù)、陰式子宮全切術(shù)、網(wǎng)片修補(bǔ)等。其中，經(jīng)尿道中段懸吊術(shù)是目前臨床上治療尿失禁疾病患者較為有效的手術(shù)術(shù)式。但是，吊帶及網(wǎng)片材料存在侵蝕、暴露以及感染問題。因此，水凝膠材料被引入，其良好的生物相容性、可注射性等多種特性，能極大地降低手術(shù)創(chuàng)傷、減少感染和減輕患者痛苦，具有廣泛的發(fā)展前景。本文擬對水凝膠的特性，其治療盆底功能障礙性疾病的臨床和科研運(yùn)用，尚存在的問題進(jìn)行綜述。

一、水凝膠適用于盆底功能障礙性疾病的特性

1.生物相容性：組織工程的一個關(guān)鍵是選擇合適的生物材料來設(shè)計和制造合適的支架，使其不會或最小程度地引起受體的免疫反應(yīng)。因此，水凝膠材料的生物相容性是體內(nèi)與體外實驗所必需的安全保障。良好的生物相容性意味著抑制巨噬細(xì)胞和異物巨細(xì)胞反應(yīng)，減少瘢痕形成，降低免疫反應(yīng)。目前，常通過交聯(lián)與天然生物材料組合來提高生物相容性，如基于良好的生物相容性的聚乳酸(PLA)和殼聚糖(CS)，制備的羧甲基殼聚糖-聚乳酸(CMCS-PLA)和羧甲基殼聚糖(CMCS)水凝膠被證明有良好的生物相容性，實驗顯示在前5天結(jié)締組織出現(xiàn)了嚴(yán)重的炎性反應(yīng)(可能與局部出血有關(guān))，但在第10天炎性細(xì)胞數(shù)量也明顯減少，19天后水凝膠周圍部位的炎性反應(yīng)完全消失[2]。

2.可降解性：目前可降解水凝膠常作為載體，將目標(biāo)藥物、細(xì)胞或生物分子釋放到體內(nèi)，也可以協(xié)助細(xì)胞和組織器官進(jìn)行治療、修復(fù)及再生，在完成相應(yīng)的使命后而發(fā)生降解，從而減輕免疫排斥等不良反應(yīng)。可降解水凝膠的降解與體內(nèi)復(fù)雜的微環(huán)境(多種酶和細(xì)胞的協(xié)同生物降解)密不可分，水凝膠內(nèi)化學(xué)鍵的斷裂會導(dǎo)致聚合物片段的釋放，在水凝膠中打開空間，從而使細(xì)胞擴(kuò)散、遷移、增殖和細(xì)胞接觸。有研究建立了復(fù)合水凝膠在不同制備條件下降解率的數(shù)學(xué)模型以尋求制備具有理想降解率的復(fù)合水凝膠，觀察明膠-聚乙二醇復(fù)合水凝膠表面對人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的遷移影響等，以服務(wù)于給藥或組織工程[3]。

3.可注射性：對于傳統(tǒng)的材料移植，存在著創(chuàng)傷大、手術(shù)過程復(fù)雜的不足，而可注射性的生物材料可避免這一問題，極大降低手術(shù)創(chuàng)傷，且操作簡單、適應(yīng)范圍廣?？勺⑸渌z在組織內(nèi)可易延展而不開裂，填充組織中的三維空間，并能同時保持組織的彈性。實現(xiàn)可注射性，常通過化學(xué)或物理方法制造凝膠微粒，即將塊狀水凝膠造粒形成微米級顆粒[4]。目前，可注射水凝膠作為支架或載體如藥物、細(xì)胞、蛋白質(zhì)和生物活性分子在治療疾病和癌癥以及組織修復(fù)和再生方面的應(yīng)用已得到廣泛研究[5～7]。值得注意的是，溫敏性可注射水凝膠正成為熱點。溫敏性水凝膠可以響應(yīng)于溫差而表現(xiàn)出親水-疏水轉(zhuǎn)變或構(gòu)象變化而引起共聚水溶液由液相轉(zhuǎn)向固相的物理狀態(tài)。溫敏可注射水凝膠已被用于遞送藥理學(xué)和細(xì)胞療法在各種軟組織的應(yīng)用[8]。有研究將殼聚糖/甘油磷酸酯(CS/GP)原位成膠制劑，CS/GP在室溫下處于液態(tài)，在微創(chuàng)給藥到所需組織后，由于溫度升高，它會形成固體狀凝膠，并且這種熱敏水凝膠具有良好的生物相容性、低免疫反應(yīng)、抗菌性、細(xì)胞黏附性和塑形性[9]。

4.機(jī)械力學(xué)性能：針對不同的組織器官環(huán)境與載體性能要求，需要適合強(qiáng)度的機(jī)械力學(xué)性能，通過不同方法對水凝膠的化學(xué)及物理修飾，從而改變其機(jī)械力學(xué)性能，使得在不同環(huán)境中水凝膠的適用范圍也變得更為廣闊。目前，常利用化學(xué)和(或)物理交聯(lián)提高機(jī)械性能，如多肽在水溶液中的自組裝能力調(diào)節(jié)藻酸鹽/多肽雜化水凝膠的硬度，調(diào)節(jié)pH值變化來調(diào)節(jié)正負(fù)電荷含量從而改變水凝膠的力學(xué)性能[10,11]。有研究通過用水凝膠搭載脂肪干細(xì)胞(ADSCS)，并結(jié)合細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)，以彌補(bǔ)ECM力學(xué)性能差的不足，從而為組織提供機(jī)械支持，使其適合于細(xì)胞分化并調(diào)節(jié)細(xì)胞行為[12,13]。這種策略也正成為再生醫(yī)學(xué)的熱點。

5. 支架載體結(jié)構(gòu)：在組織工程的應(yīng)用中，細(xì)胞、藥物以及生物活性分子需要合適的載體支架環(huán)境來維持其活性，實現(xiàn)增殖、緩釋等效應(yīng)。水凝膠由許多具有亞微米或納米孔徑的聚合物網(wǎng)絡(luò)組成，有利于細(xì)胞遷移、營養(yǎng)以及代謝物質(zhì)的交換。近年來，大孔水凝膠作為細(xì)胞輸送載體和組織工程支架受到越來越多的關(guān)注。凝膠支架中大孔的引入不僅提高了其滲透性，促進(jìn)了營養(yǎng)物質(zhì)的運(yùn)輸，而且為細(xì)胞黏附、增殖和細(xì)胞外基質(zhì)沉積創(chuàng)造了空間/界面[14]。模擬天然細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)的凝膠材料已被用作組織工程支架、干細(xì)胞治療的可注射載體和三維(3D)細(xì)胞培養(yǎng)平臺，被用于基礎(chǔ)研究、臨床研究與臨床應(yīng)用。如被用作支架為細(xì)胞生長提供仿生3D微環(huán)境，搭載抗生素促進(jìn)傷口愈合等[15, 16]。

二、水凝膠在盆底功能障礙性疾病中的應(yīng)用

1. 水凝膠在盆底器官脫垂中的應(yīng)用：網(wǎng)片修補(bǔ)既往是用于盆腔器官脫垂的重要治療方式，但2008年和2011年FDA警告合成陰道聚丙烯網(wǎng)片在盆腔器官脫垂(POP)治療中具有嚴(yán)重不良影響，其使用備受爭議。有研究通過整合含子宮內(nèi)膜間充質(zhì)干細(xì)胞(EMSC)的水凝膠，以改善網(wǎng)片的生物相容性并恢復(fù)陰道脫垂組織的強(qiáng)度[17,18]。Paul等[19]從人子宮內(nèi)膜活檢組織中提純的子宮內(nèi)膜間充質(zhì)干細(xì)胞/基質(zhì)細(xì)胞(EMSCs)，在將蘆薈-海藻酸鈉(AV-ALG)復(fù)合水凝膠水凝膠中生物打印到熔融電紡(MES)網(wǎng)狀物上并移植到小鼠體內(nèi)。在小鼠體內(nèi)的急性異物反應(yīng)評估顯示，印制在MES結(jié)構(gòu)上的EMSC促進(jìn)了組織整合、EMSC保留和增加了抗炎M2巨噬細(xì)胞表型，這有望用于盆腔器官脫垂(POP)治療和可能的其他移植物增強(qiáng)手術(shù)。同樣，在兔的POP模型中，載有葛根素(Pue)的光交聯(lián)明膠水凝膠(GelMA)通過抑制嗜中性粒細(xì)胞和嗜酸性粒細(xì)胞的聚集來調(diào)節(jié)炎癥，同時通過轉(zhuǎn)化生長因子/蛋白酶(TGF-β/ MMPs)途徑干預(yù)基質(zhì)的再生/重塑，以修復(fù)兔模型中的骨盆底筋膜[20]。此外，水凝膠也可用于干預(yù)POP的發(fā)病機(jī)制過程，有研究表明，蛋白酶MMP-9是ECM降解的關(guān)鍵因素，在小鼠和患有POP的女性的陰道組織中均被上調(diào)，另一方面已發(fā)現(xiàn)fibulin-5(一種彈性生成物)可抑制陰道壁中的MMP-9，因此，將含有fibulin-5的水凝膠注射至陰道壁，并在后數(shù)周內(nèi)抑制了MMP-9，并且水凝膠還延長了fibulin-5的1/2壽命。這些結(jié)果支持了將fibulin-5釋放水凝膠開發(fā)為POP的新療法的想法[21]。

2.水凝膠在壓力性尿失禁中的應(yīng)用：對于尿失禁的治療，在麻醉條件下，將水凝膠在尿道或膀胱頸的黏膜下組織注射以壓迫尿道，改善尿道包繞，從而增加對尿流的阻力[22]。目前，有臨床研究將聚丙烯酰胺水凝膠注射到尿道周圍以用于女性壓力性尿失禁的治療，發(fā)現(xiàn)治療1年后，患者的24h尿失禁次數(shù)與頻率均均明顯減少，生活質(zhì)量明顯提高。有研究認(rèn)為聚丙烯酰胺水凝膠是治療女性尿失禁的一種安全的干預(yù)措施，認(rèn)為在不適合進(jìn)行中尿道吊帶手術(shù)的患者中，經(jīng)尿道注射聚丙烯酰胺水凝膠可減輕尿失禁癥狀，是一項非常有用的應(yīng)對辦法[23～25]。另外，用水凝膠搭載干細(xì)胞或細(xì)胞因子等用于尿失禁的治療也成為了近年來的研究熱點。有研究通過負(fù)載雙生長因子的原位凝膠，包含神經(jīng)生長因子(NGF)和堿性成纖維細(xì)胞生長因子(BFGF)，一方面作為填充劑增加尿流阻力，另一方面從膨脹劑中依次釋放生長因子(先是NGF，然后是bFGF)可以防止早期神經(jīng)變性，并促進(jìn)尿道周圍受損平滑肌的再生/再神經(jīng)支配(增強(qiáng)尿道周圍括約肌的功能)，從而增強(qiáng)尿道周圍的生物功能[26]。

3.水凝膠在大便失禁中的應(yīng)用：大便失禁繁多原因、機(jī)制尚未清楚，治療方案較多，強(qiáng)調(diào)個體化治療[27]。近年來，注射擴(kuò)張劑治療肛門失禁，其通過增加肛門括約肌之間或肛管黏膜下間隙壓力和吻合口來防止氣體或糞便滲漏，已成為一種頗具吸引力的微創(chuàng)治療方法。有研究經(jīng)肛門黏膜下注射聚丙烯酰胺水凝膠，分別于術(shù)后2、6、12個月采用CCIS和大便失禁生活質(zhì)量量表(FIQL)進(jìn)行隨訪，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，患者的大便失禁癥狀改善，尤其是松散型大便失禁有明顯改善[28]。

三、水凝膠在盆底功能障礙性疾病中的應(yīng)用中存在的問題

水凝膠在盆底功能障礙性疾病的治療中展現(xiàn)了巨大潛力，但在研究現(xiàn)階段依然有許多不足。水凝膠雖然可通過化學(xué)交聯(lián)等方法調(diào)節(jié)其性質(zhì)，但一些在快速變化的環(huán)境條件下或使用有毒有機(jī)試劑制成的水凝膠或多或少對人體有害，這使得不同修飾的水凝膠在體內(nèi)近、遠(yuǎn)期的組織反應(yīng)與并發(fā)癥都有待于進(jìn)一步研究。其最常見的不良反應(yīng)是注射部位疼痛和尿路感染[23, 29]。另一方面，由于水凝膠在體內(nèi)的生物降解，為了保證遠(yuǎn)期療效也需要重復(fù)注射，這增加了患者的痛苦。

四、展 望

水凝膠具有良好的生物相容性、力學(xué)特性、可修飾性、可注射性等多種性質(zhì)，具有創(chuàng)傷小、安全、簡便、體內(nèi)并發(fā)癥少等優(yōu)點，與3D打印、干細(xì)胞治療、緩釋藥物相結(jié)合也為PFD的治療提供了更多的治療思路。尤其是針對難以手術(shù)的老年人群，可降低手術(shù)創(chuàng)傷，減輕治療的經(jīng)濟(jì)壓力，提高患者生活質(zhì)量。目前，在基礎(chǔ)研究與臨床研究水凝膠的治療效果也顯示出了巨大潛力，這也提示著水凝膠在盆底功能障礙性疾病的治療中具有廣闊前景。但是，針對不同修飾的水凝膠在生物體內(nèi)的反應(yīng)的差異，對于治療的遠(yuǎn)期效果與不良反應(yīng)，都有待于進(jìn)一步的研究證實。針對不同的性質(zhì)，目前尚未開發(fā)出性質(zhì)優(yōu)良且全面的水凝膠，其應(yīng)用方面還需要進(jìn)一步的探索與改進(jìn)，來滿足不同的治療需要。這些問題也將是以后的研究熱點。隨著材料學(xué)、組織工程學(xué)與再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展，更多新型材料的研發(fā)，實驗技術(shù)的改進(jìn)，將不斷優(yōu)化水凝膠的性能，改善其應(yīng)用，這將為盆底功能障礙性疾病的治療帶來新的曙光。